虚函数和抽象类基础知识

一、虚函数作用

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。

当把基类的某个成员函数声明为虚函数后，允许在其派生类中对该函数重新定义，赋予它新的功能，并且可以通过指向基类的指针指向同一类族中不同类的对象，从而调用其中的同名函数

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二、虚函数的使用方法是：

（1）在基类用virtual声明成员函数为虚函数。
这样就可以在派生类中重新定义此函数，为它赋予新的功能，并能方便地被调用。在类外定义虚函数时，不必再加virtual。

（2）在派生类中重新定义此函数，要求函数名、函数类型、函数参数个数和类型全部与基类的虚函数相同，并根据派生类的需要重新定义函数体。
C++规定，当一个成员函数被声明为虚函数后，其派生类中的同名函数都自动成为虚函数。因此在派生类重新声明该虚函数时，可以加virtual，也可以不加，但习惯上一般在每一层声明该函数时都加virtual，使程序更加清晰。如果在派生类中没有对基类的虚函数重新定义，则派生类简单地继承其直接基类的虚函数。

（3）定义一个指向基类对象的指针变量，并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象。

（4）通过该指针变量调用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。
通过虚函数与指向基类对象的指针变量的配合使用，就能方便地调用同一类族中不同类的同名函数，只要先用基类指针指向即可。如果指针不断地指向同一类族中不同类的对象，就能不断地调用这些对象中的同名函数。

通过指针实现多态：

#include <iostream>using namespace std;class Base{public:    Base(int x,int y):a(x),b(y){}    virtual void display(){        cout<<"Base Class"<<endl;    }    virtual ~Base(){}private:    int a;    int b;};class D1:public Base{public:    D1(int x,int y,int z):Base(x,y),c(z){}    virtual void display(){        cout<<"D1 Class"<<endl;    }private:    int c;};class D2:public D1{public:    D2(int x,int y,int z,int w):D1(x,y,z),d(w){}    virtual void display(){        cout<<"D2 Class"<<endl;    }private:    int d;};int main(){    Base b(2,3);    Base* p=&b;//定义基类指针    p->display();    D1 d1(2,3,4);    p=&d1;//指向D1    p->display();    D2 d2(2,3,4,5);    p=&d2;//指向D2    p->display();    return 0;}

结果：

Base ClassD1 ClassD2 Class请按任意键继续. . .

通过引用实现多态：

int main(){    D1 d1(1,2,3);    Base &b=d1;    b.display();//调用D1中的display    D2 d2(2,3,4,5);    Base &b2=d2;    b2.display();//调用D2中的display    return 0;}

结果：

D1 ClassD2 Class请按任意键继续. . .

通过new运算符实现多态：

int main(){    Base* p=new D1(2,3,4);    p->display();//调用D1中的display    delete p;//要定义虚析构函数，构造只会调用基类的析构函数    Base* p2=new D2(2,3,4,5);    p->display();//调用D2中的display    delete p;    return 0;}

结果：

D1 ClassD2 Class请按任意键继续. . .

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三、使用虚函数的要点

（1）它只能用于类的继承层次结构中，只能用virtual**声明类的成员函数，使它成为虚函数，而不能将类外的普通函数声明为虚函数**。

（2）一个成员函数被声明为虚函数后，在同一类族中的类就不能再定义一个非virtual的但与该虚函数具有相同的参数(包括个数和类型)和函数返回值类型的同名函数。

（3）应考虑对成员函数的调用是通过对象名还是通过基类指针或引用去访问，如果是通过基类指针或引用去访问的，则应当声明为虚函数。

（4）有时，在定义虚函数时，并不定义其函数体，即函数体是空的。它的作用只是定义了一个虚函数名，具体功能留给派生类去添加。

（5）当一个类带有虚函数时，编译系统会为该类构造一个虚函数表(virtual function table，简称vtable)，它是一个指针数组，存放每个虚函数的入口地址。系统在进行动态关联时的时间开销是很少的，因此，多态性是高效的。

（6）需要公有继承

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四、虚析构函数

（1）虚析构函数的作用
当派生类的对象从内存中撤销时一般先调用派生类的析构函数，然后再调用基类的析构函数。但是，如果用new运算符建立了临时对象，若基类中有析构函数，并且定义了一个指向该基类的指针变量。在程序用带指针参数的delete运算符撤销对象时，会发生一个情况：系统会只执行基类的析构函数，而不执行派生类的析构函数。

（2）考虑以下代码：

#include <iostream>using namespace std;class Base{public:    Base(int x,int y):a(x),b(y){        cout<<"Base Construction"<<endl;    }    virtual void display()=0;     ~Base(){        cout<<"Base Destuction"<<endl;    }private:    int a;    int b;};class D1:public Base{public:    D1(int x,int y,int z):Base(x,y),c(z){        cout<<"D1 Construction"<<endl;    }     void display(){        cout<<"D1 Class"<<endl;    }     ~D1(){         cout<<"D1 Destuction"<<endl;     }private:    int c;};class D2:public D1{public:    D2(int x,int y,int z,int w):D1(x,y,z),d(w){        cout<<"D2 Construction"<<endl;    }    ~D2(){        cout<<"D2 Destuction"<<endl;    }    virtual void display(){        cout<<"D2 Class"<<endl;    }private:    int d;};int main(){     Base* p=new D1(1,2,3);    p->display();    delete p;    return 0;}

结果：

Base ConstructionD1 ConstructionD1 ClassBase Destuction请按任意键继续. . .

这里没有把析构函数声明为虚析构函数，那么，销毁对象时，只调用了基类的析构函数；假如，把基类的析构函数声明为虚析构函数，那么就会有下面的结果：

Base ConstructionD1 ConstructionD1 ClassD1 DestuctionBase Destuction请按任意键继续. . .

即也执行了派生类的析构函数

（3）虚析构函数使用要点

1. 如果将基类的析构函数声明为虚函数时，由该基类所派生的所有派生类的析构函数也都自动成为虚函数，即使派生类的析构函数与基类的析构函数名字不相同。

2. 最好把基类的析构函数声明为虚函数。这将使所有派生类的析构函数自动成为虚函数

3. 即使基类并不需要析构函数，也显式地定义一个函数体为空的虚析构函数，以保证在撤销动态分配空间时能得到正确的处理。

4. 构造函数不能声明为虚函数

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五、纯虚函数

（1）纯虚函数作用
有时在基类中将某一成员函数定为虚函数，并不是基类本身的要求，而是考虑到派生类的需要，在基类中预留了一个函数名，具体功能留给派生类根据需要去定义。

（2）纯虚函数声明形式

    virtual 函数类型 函数名 (参数表列) = 0;

注意：纯虚函数没有函数体；最后面的“=0”并不表示函数返回值为0，它只起形式上的作用，告诉编译系统“这是纯虚函数”;这是一个声明语句，最后应有分号。

（3）注意事项

1. 纯虚函数只有函数的名字而不具备函数的功能，不能被调用。它只是通知编译系统:“在这里声明一个虚函数，留待派生类中定义”。在派生类中对此函数提供定义后，它才能具备函数的功能，可被调用。
2. 纯虚函数的作用是在基类中为其派生类保留一个函数的名字，以便派生类根据需要对它进行定义。
3. 如果在基类中没有保留函数名字，则无法实现多态性。如果在一个类中声明了纯虚函数，而在其派生类中没有对该函数定义，则该虚函数在派生类中仍然为纯虚函数。

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六、抽象基类

（1）抽象类的定义
这种不用来定义对象而只作为一种基本类型用作继承的类，称为抽象类(abstract class )，由于它常用作基类，通常称为抽象基类(abstract base class )。凡是包含纯虚函数的类都是抽象类。因为纯虚函数是不能被调用的，包含纯虚函数的类是无法建立对象的。

（2）抽象类的作用
抽象类的作用是作为一个类族的共同基类，或者说，为一个类族提供一个公共接口

（3）如果在抽象类所派生出的新类中对基类的所有纯虚函数进行了定义，那么这些函数就被赋予了功能，可以被调用。这个派生类就不是抽象类，而是可以用来定义对象的具体类(concrete class )。

（4）如果在派生类中没有对所有纯虚函数进行定义，则此派生类仍然是抽象类，且不能用来定义对象。虽然抽象类不能定义对象(或者说抽象类不能实例化)，但是可以定义指向抽象类数据的指针变量。当派生类成为具体类之后，就可以用这种指针指向派生类对象，然后通过该指针调用虚函数，实现多态性的操作。

（5）一个基类如果包含一个或一个以上纯虚函数，就是抽象基类。抽象基类不能也不必要定义对象

（6）如果在基类声明了虚函数，则在派生类中凡是与该函数有相同的函数名、函数类型、参数个数和类型的函数，均为虚函数(不论在派生类中是否用virtual声明)。

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参考原文地址：http://c.biancheng.net/cpp/