C++虚函数与纯虚函数区别和重载的概念

1. 虚函数

1.1 定义

虚函数是在类中添加函数的修饰关键字“Virtual”，且对它进行定义，这时函数变被指定为虚函数。格式如下：

class CInterFace{public:    virtual void Func_Virtual(){}};

1.2 作用

虚函数的作用是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

1.3 引入的原因

为了方便使用多态特性，常常需要在基类中定义虚函数。下面顺便列出C++实现多态的三个条件：

（1）在基类中将这些成员函数声明为虚函数，并实现（必须要实现）。
（2）在派生类中也声明这些成员函数并实现（必须实现），基类和派生类的这些函数必须同名，而且其形参个数和类型，返回值类型必须与基类中的这些函数完全相同。
（3）将派生类对象赋给基类的指针变量或者引用。至此，多态实现，可用基类指针或引用调用派生类的方法（符合多态条件的方法，而不是普通方法）。

相应的不是多态的情况：

（1）基类中声明为虚函数，派生类中也声明为虚函数，并且也同名。但是派生类中该函数的形参类型或者形参个数和基类中的不相同。此时，多态不满足，派生类和基类的这两个虚函数仅仅是隐藏关系，没有虚特性。
（2）基类中声明为虚函数，派生类中也声明了一个同名函数，但没有使用virtual，并且形参类型或者形参个数和基类不相同。这时候基类中的虚函数也丢失虚特性，派生类的该函数不会被虚化，当然也就够不成多态，这两个函数也仅仅是隐藏关系。
（3）基类中的函数不是虚函数，派生类中声明为虚函数，它们同名，这时也够不成多态，派生类的虚函数没有虚特性，它们也是隐藏关系。
（4）基类和派生类的两个函数同名，都是虚函数，形参的个数和类型也都相同，但是返回值类型不同，这时编译会报错，因为两个虚函数在隐藏时，返回值类型发生了冲突，因此隐藏发生错误。注意，如果这两个函数不是虚函数，这不会报错，隐藏会成功；同时，如果派生类中是虚函数，基类中不是虚函数，也不过报错，隐藏也是成功的。这也说明，虚化并隐藏时，返回值类型一定要保持相同。

2. 纯虚函数

2.1 定义

纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它在基类中没有定义，但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加“=0”

class CInterFace{public:    virtual void Func_PureVirtual()=0;};

2.2 引入作用

（1）为了方便使用多态特性，我们常常需要在基类中定义虚拟函数。
（2）在很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，用一个虚拟的东西去实例化一个具体的对象，那从逻辑上是肯定不对的。
所以，为了解决上述问题，引入了纯虚函数的概念，将函数定义为纯虚函数（方法：virtual ReturnType Function()=0;），则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类，它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以，用户不能创建类的实例，只能创建它的派生类的实例。纯虚函数最显著的特征是：它们必须在继承类中重新声明函数（不要后面的＝0，否则该派生类也不能实例化），而且它们在抽象类中往往没有定义。

2.3 目的

定义纯虚函数的目的在于，使派生类仅仅只是继承函数的接口。让所有的类对象（主要是派生类对象）都可以执行纯虚函数的动作，但类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者，“你必须提供一个纯虚函数的实现，但我不知道你会怎样实现它”。

3. 虚函数和纯虚函数总结

（1）C++虚函数与纯虚函数用法与区别，虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类(class)中，含有纯虚函数的类被称为抽象类(abstract class)，而只含有虚函数的类(class)不能被称为抽象类(abstract class)。
（2）虚函数可以被直接使用，也可以被子类(sub class)重载以后以多态的形式调用，而纯虚函数必须在子类(sub class)中实现该函数才可以使用，因为纯虚函数在基类(base class)只有声明而没有定义。
（3）虚函数和纯虚函数都可以在子类(sub class)中被重载，以多态的形式被调用。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。
（4）虚函数和纯虚函数通常存在于抽象基类(abstract base class -ABC)之中，被继承的子类重载，目的是提供一个统一的接口。
（5）虚函数的定义形式：virtual function1(){method body}
　 纯虚函数的定义形式：virtual function2() = 0;
在虚函数和纯虚函数的定义中不能有static标识符，原因很简单，被static修饰的函数在编译时候要求前期bind,然而虚函数却是动态绑定(run-time bind)，而且被两者修饰的函数生命周期(life recycle)也不一样。
（6）如果一个类中含有纯虚函数，那么任何试图对该类进行实例化的语句都将导致错误的产生（也就是不能定义对象，只能派生），因为抽象基类(ABC)是不能被直接调用的。必须被子类继承重载以后，根据要求调用其子类的方法。
（7）在有动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要是纯虚的。目的是必须去释放资源。安全性的角度
（8）友元不是成员函数，只有成员函数才可以是虚拟的，因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。
（9）析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

4. 虚函数和重载的关系

4.1 Class成员函数重载的定义

在一个类内，如果存在若干个同名函数，而且这些函数之间可以用形参个数或者形参类型区分开来的时候（注意不能靠函数返回类型区分），这几个函数就互为重载函数。这时，当你通过类对象调用这几个函数时，编译器就可以通过你传递的实参个数或者类型，去匹配相应的函数，而不会发生歧义。这也就是重载函数的作用所在（让你可以使用若干个同名函数）。

4.2 Class成员函数重载的注意事项

（1）重载绝对不会发生在基类和派生类之间，如上例所示。当基类和派生类中存在同名函数时，无论同名函数的形参个数或者类型是否相同，派生类中的同名函数都会将基类中的同名函数隐藏掉，因此它们是隐藏关系，而不是重载关系。关于隐藏，后边会提到。
（2）在同一个类中，重载函数之间必须依靠形参个数或者形参类型来进行区分，不能依靠返回类型。也就是说，如果同一个类中的两个同名函数形参个数和类型完全相同，但是返回值类型不同，这时候编译就会报错，因为当你通过类对象调用该同名函数时，编译器会出现二义性，不知道该选择哪个函数。记着，重载必须靠形参来区分。
（3）在同一个类中，虚函数和虚函数，虚函数和普通函数之间也可以重载，规则完全同上。

4.3 隐藏和覆盖的概念

4.3.1 隐藏

隐藏只能出现在基类和派生类之间，而不能发生在同一个类内（比如上述2中，只会引起编译器出现二义性）。当基类和派生类中存在同名函数时，无论同名函数的形参个数或者类型是否相同，派生类中的同名函数都会将基类中的同名函数隐藏掉，而不会是重载关系。这时，当你通过派生类对象调用该同名函数时，只能访问派生类的该函数，如果硬要访问基类的该函数，则需要在函数名前加上类作用域。

4.3.2 覆盖

覆盖也只能出现在基类和派生类之间，当派生类和基类中的存在同名函数，且参数个数和参数类型完全相同，并且基类中的该函数有virtual修饰（派生类中的该函数可有可无），则派生类的该函数覆盖掉基类的该函数。该性质用来实现多态。