深入解析C++中的虚函数和虚继承：实现多态性与继承关系的高级特性

这里写目录标题

虚函数
虚函数实现动态绑定
虚继承
抽象类

虚函数

虚函数是在C++中用于实现多态性的一种特殊函数。它通过使用关键字"virtual"进行声明，在基类中定义，可在派生类中进行重写。虚函数允许在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数，而不仅仅根据指针或引用的类型。这使得在继承关系中，通过基类指针或引用调用虚函数时，可以根据实际对象的类型来动态地确定要执行的函数版本，实现多态性的特性。

虚函数定义

在 C++ 中，可以通过在函数声明前面加上关键字 virtual 来定义虚函数。例如：

class Base {
public:virtual void virtualFunction() {// 函数定义}
};

在这个例子中，virtualFunction 被声明为虚函数。派生类可以重写这个虚函数，实现多态性。

虚函数实现动态绑定

动态绑定（Dynamic Binding），也称为运行时多态性（Runtime Polymorphism），是通过在基类和派生类中使用虚函数来实现的。

在C++中，当基类的指针或引用指向派生类的对象时，通过调用虚函数，可以实现对应于派生类的特定实现。这种根据对象的实际类型来确定调用哪个函数的机制就是动态绑定。

动态绑定的关键在于使用virtual关键字将成员函数声明为虚函数，并在基类和派生类中提供相应的实现。

#include<iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
class cemployee
{public:int m_id;char name[10];cemployee(){memset(name,0,10);}virtual  void outputname(){cout<<"employee name:"<<name<<endl;}
};
class comployee:public cemployee
{public:char password[10];void outputname(){cout<<"opertor name:"<<name<<endl;}
};        
int main()
{cemployee* pworker = new comployee();strcpy(pworker->name,"MP");pworker->outputname();delete pworker;return 0;
}

动态多态满足关系：
1.有继承关系
2.子类重写父类的虚函数
动态多态使用：父类的指针或引用指向子类对象
重写：函数返回值类型函数名参数列表完全一致叫重写

如果子类中没有堆区数据，可以不用写虚析构和纯虚析构。

1.虚析构与纯虚析构共性：
解决父类指针释放子类对象不干净问题
都需要有具体的函数实现

2.区别：
如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化
.虚析构语法：
virtual ~类名(){}
纯虚析构语法：
virtual ~类名()=0;
类名::~类名(){}

纯虚数
子类的内容会覆盖父类，所以父类中函数没有意义了
类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
virtual void func() = 0;
抽象类无法实例化对象（堆区，栈区）
子类也必须要重写父类中的虚函数，否则子类也就是抽象类

具体代码示意如下所示

#include<iostream>
using namespace std;class animal
{
public:void speak(){cout << "dongwuzaishouhua" << endl;}void speak(){cout << "dongwuzaishouhua" << endl;}class cat :public animal
{
public:void speak(){cout << "xiaomaozaishuohua" << endl;}
};
class dog :public animal
{
public:virtual void speak(){cout << "xioagouzaishuoihua" << endl;}//注释之后对象模型：class dog       size(1):+---0      | +--- (base class animal)| +---+---};void dospeak(animal& animal) //aniaml& aniaml= cat
{animal.speak();       //会打印出dongwuzaishouhua，因为aniaml& 
}
void test01()
{cat cat;dospeak(cat);dog dog;dospeak(dog);
}
/*
vfptr: 虚函数表指针
v- virtual
f- function
ptr- pointor
vftable：虚函数表
v- virtual
f- function
table- table
*/
![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/0194baae48ad4111aa4acc0ce9f011df.png)/* 有函数对象时模型：
class dog       size(4):+---0      | +--- (base class animal)0      | | {vfptr}| +---+---dog::$vftable@:| &dog_meta|  00      | &dog::speak  //覆盖 父类的指针或引用 指向子类对象发生多态*/
class base
{
public://纯虚数// 子类的内容会覆盖父类，所以父类中函数没有意义了//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类virtual void func() = 0;/*抽象类无法实例化对象（堆区，栈区）子类也必须要重写父类中的虚函数，否则子类也就是抽象类*/virtual ~base(){cout << "base的析构函数" << endl;}};class son :public base
{
public:virtual void func(){cout << "fff";}virtual ~son(){cout << "son的析构函数" << endl;}};
void test00()
{//son s;不允许使用抽象类类型 "son" 的对象//base s;//new base;/*base* b = new son;b->func();*/}
int main()
{//test01();test00();system("pause");return 0;
}

虚继承

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虚继承（Virtual Inheritance）是C++中的一种继承方式，用于解决多继承中的菱形继承问题。

在多重继承中，如果一个派生类从两个或更多的基类继承，而这些基类又共同继承自同一个基类，就会出现菱形继承问题。这种情况下，派生类会包含同一个基类的多份拷贝，导致二义性和内存浪费。

虚继承通过使用virtual关键字修饰基类，在派生类对该基类进行继承时，确保只有一份共享的基类子对象被创建，从而解决了菱形继承问题。

#include<iostream>
using namespace std;
class cnaimal
{public:cnaimal(){cout<<"animal was created"<<endl;}void move(){cout<<"animal could moving"<<endl;}
};
class cbird:public cnaimal
{public:cbird(){cout<<"bird was created"<<endl;}void fly(){cout<<"bird would flying"<<endl;}
};
class cfish:public cnaimal
{public:cfish(){cout<<"fish was created"<<endl;}void swim(){cout<<"fish would swim"<<endl;}
};
class cwaterbird: public cbird, public cfish
{public:cwaterbird(){cout<<"cwaterbird was created"<<endl;}
};
int main()
{cwaterbird waterbird;return 0;
}

运行结果·：

[bsk@localhost polymorphic]$ g++ virtualinheritance.cpp 
[bsk@localhost polymorphic]$ ./a.out 
animal was created
bird was created
animal was created
fish was created
cwaterbird was created

我们可以看到，当只创建一个cwaterbird类时，由于它继承于cbird类和cfish类，所以会先去调用他们的构造函数，但是他们又继承于canimal类，于是又先去调用animal was created，然后再是鸟类的自身构造，bird was created，鸟类构造完之后，又来构造鱼类，同鸟类一样，先是animal was created，再是自身构造，fish was created，最后才是cwaterbird was created

#include<iostream>
using namespace std;
class cnaimal
{public:cnaimal(){cout<<"animal was created"<<endl;}void move(){cout<<"animal could moving"<<endl;}
};
class cbird:virtual public cnaimal
{public:cbird(){cout<<"bird was created"<<endl;}void fly(){cout<<"bird would flying"<<endl;}
};
class cfish:virtual public cnaimal
{public:cfish(){cout<<"fish was created"<<endl;}void swim(){cout<<"fish would swim"<<endl;}
};
class cwaterbird: public cbird, public cfish
{public:cwaterbird(){cout<<"cwaterbird was created"<<endl;}
};
int main()
{cwaterbird waterbird;return 0;
}

结果·如下所示：

[bsk@localhost polymorphic]$ ./a.out 
animal was created
bird was created
fish was created
cwaterbird was created

可见，当类是虚继承时，我们可以发现animal类的构造就只有一个了，
请添加图片描述

抽象类

抽象类包含有纯虚函数的类，一个抽象类至少有一个纯虚函数。抽象类只能作为基类派生出的新子类，而不能在程序中被实例化（不能声明抽象类的对象），但是可以指向抽象类的指针。

纯虚函数（Pure Virtual Function）是在基类中声明的没有实际实现的虚函数。它通过在函数声明后面加上= 0来表示。

纯虚函数在基类中起到了接口的定义作用，要求派生类必须提供对应的实现。如果一个类包含了纯虚函数，那么它就成为了抽象类，无法被直接实例化，只能作为基类来派生其他类。

纯虚函数使用的语法如下：

class Base {
public:virtual void pureVirtualFunction() = 0;
};

在上述示例中，Base类中的pureVirtualFunction函数被声明为纯虚函数。该函数没有实际的实现，只是作为接口的定义存在。

派生类必须提供对纯虚函数的实现，否则它们也会成为抽象类。一个派生类可以选择重写纯虚函数，也可以将其继续声明为纯虚函数，这取决于派生类是否需要进一步派生。

一个简单的示例：

#include <iostream>class Base {
public:virtual void pureVirtualFunction() = 0;
};class Derived : public Base {
public:void pureVirtualFunction() override {std::cout << "Derived class implementation." << std::endl;}
};int main() {// Base base;  // 错误，无法实例化抽象类Derived derived;derived.pureVirtualFunction();  // 调用Derived类的实现Base* basePtr = &derived;basePtr->pureVirtualFunction();  // 通过基类指针调用Derived类的实现return 0;
}