C++中的虚函数和纯虚函数

摘要

虚函数（Virtual Functions）

定义

用法

纯虚函数（Pure Virtual Functions）

定义

用法

需要避开的坑

总结

摘要

在C++中，我们经常会在开发中使用到虚函数（Virtual Functions）和纯虚函数（Pure Virtual Functions），而它们都是面向对象编程的重要概念，它们允许实现多态性，但也有一些我们在实际编程时需要注意的坑。

虚函数（Virtual Functions）

定义

虚函数是在基类中声明并且使用 `virtual` 关键字修饰的成员函数。它可以被派生类重写，以实现运行时多态性。

class Base {
public:virtual void show() {std::cout << "Base class show function" << std::endl;}
};

用法

1. 基类中声明虚函数：
在基类中声明虚函数，以便派生类可以重写它。

class Base {
public:virtual void show() {std::cout << "Base class show function" << std::endl;}
};

2. 派生类中重写虚函数：
在派生类中使用相同的函数签名重写虚函数。

class Derived : public Base {
public:void show() override {std::cout << "Derived class show function" << std::endl;}
};

3. 使用基类指针或引用调用虚函数：
通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型调用相应的函数。

void describe(const Base &obj) {obj.show();
}int main() {Base baseObj;Derived derivedObj;describe(baseObj);    // 输出 "Base class show function"describe(derivedObj); // 输出 "Derived class show function"return 0;
}

纯虚函数（Pure Virtual Functions）

定义

纯虚函数是在基类中声明但没有实现的虚函数，通过在函数声明末尾使用 `= 0` 来声明。

class AbstractBase {
public:virtual void show() = 0; // 纯虚函数
};

用法

1. 作为接口：
纯虚函数通常用于定义接口，要求派生类必须提供实现。

class AbstractBase {
public:virtual void show() = 0; // 纯虚函数，定义接口
};class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:void show() override {std::cout << "ConcreteDerived class show function" << std::endl;}
};

2. 抽象基类：
包含纯虚函数的类称为抽象基类，不能实例化，只能用作派生类的接口。

AbstractBase *ptr = new ConcreteDerived();
ptr->show();  // 输出 "ConcreteDerived class show function"

需要避开的坑

1. 未实现纯虚函数的派生类：
如果派生类没有实现基类中的所有纯虚函数，则该派生类仍然是抽象的，不能实例化。

2. 构造函数中调用虚函数：
在构造函数中调用虚函数，会导致基类的版本被调用，而不是派生类的版本。

3. 析构函数中调用虚函数：
在析构函数中调用虚函数，会导致派生类的版本被调用，但是可能会出现问题，因为在派生类对象的析构函数执行完毕后，其成员变量被销毁，再调用虚函数就可能会访问到已销毁的内存，导致未定义行为。

4. 虚函数的默认参数：
虚函数的默认参数是静态绑定的，不会根据运行时对象的实际类型而改变。

5. 虚函数与模板：
在模板类中使用虚函数可能会导致编译器难以生成有效的代码，因为模板的特化版本可能会对虚函数的实现产生影响。

#include <iostream>class AbstractBase {
public:virtual void show() = 0; // 纯虚函数virtual ~AbstractBase() {}
};class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:void show() override {std::cout << "ConcreteDerived class show function" << std::endl;}~ConcreteDerived() {std::cout << "ConcreteDerived destructor" << std::endl;}
};int main() {// AbstractBase *ptr = new AbstractBase(); // 错误：不能实例化抽象类AbstractBase *ptr = new ConcreteDerived();ptr->show(); // 输出 "ConcreteDerived class show function"delete ptr;  // 输出 "ConcreteDerived destructor"return 0;
}