C++ 的多態(tài)、虛函數(shù)、純虛函數(shù)介紹

一、多態(tài)

多態(tài)按字面的意思就是多種形態(tài)。當(dāng)類之間存在層次結(jié)構(gòu)，并且類之間是通過(guò)繼承關(guān)聯(lián)時(shí)，就會(huì)用到多態(tài)。

C++ 多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)調(diào)用函數(shù)的對(duì)象的類型來(lái)執(zhí)行不同的函數(shù)。

下面的實(shí)例中，基類 Shape 被派生為兩個(gè)類，如下所示：

#includeusing?namespace?std;
?
class?Shape?{
???protected:
??????int?width,?height;
???public:
??????Shape(?int?a=0,?int?b=0)
??????{
?????????width?=?a;
?????????height?=?b;
??????}
??????int?area()
??????{
?????????cout?<<?"Parent?class?area?:"?<<endl;
?????????return?0;
??????}
};
class?Rectangle:?public?Shape{
???public:
??????Rectangle(?int?a=0,?int?b=0):Shape(a,?b)?{?}
??????int?area?()
??????{?
?????????cout?<<?"Rectangle?class?area?:"?<<endl;
?????????return?(width?*?height);?
??????}
};
class?Triangle:?public?Shape{
???public:
??????Triangle(?int?a=0,?int?b=0):Shape(a,?b)?{?}
??????int?area?()
??????{?
?????????cout?<<?"Triangle?class?area?:"?<area();

???//?存儲(chǔ)三角形的地址
???shape?=?&tri;
???//?調(diào)用三角形的求面積函數(shù)?area
???shape->area();
???
???return?0;
}

當(dāng)上面的代碼被編譯和執(zhí)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)果：

Parent?class?area
Parent?class?area

導(dǎo)致錯(cuò)誤輸出的原因是，調(diào)用函數(shù) area() 被編譯器設(shè)置為基類中的版本，這就是所謂的靜態(tài)多態(tài)，或靜態(tài)鏈接?- 函數(shù)調(diào)用在程序執(zhí)行前就準(zhǔn)備好了。有時(shí)候這也被稱為早綁定，因?yàn)?area() 函數(shù)在程序編譯期間就已經(jīng)設(shè)置好了。

二、虛函數(shù)

但現(xiàn)在，讓我們對(duì)上述程序稍作修改，在 Shape 類中，area() 的聲明前放置關(guān)鍵字?virtual，如下所示：

class?Shape?{
???protected:
??????int?width,?height;
???public:
??????Shape(?int?a=0,?int?b=0)
??????{
?????????width?=?a;
?????????height?=?b;
??????}
??????virtual?int?area()
??????{
?????????cout?<<?"Parent?class?area?:"?<<endl;
?????????return?0;
??????}
};

修改后，當(dāng)編譯和執(zhí)行前面的實(shí)例代碼時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生以下結(jié)果：

Rectangle?class?area
Triangle?class?area

此時(shí)，在函數(shù)前加virtual，編譯器看的是指針的內(nèi)容，而不是它的類型。因此，由于 tri 和 rec 類的對(duì)象的地址存儲(chǔ)在 *shape 中，所以會(huì)調(diào)用各自的 area() 函數(shù)。

正如您所看到的，每個(gè)子類都有一個(gè)函數(shù) area() 的獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。這就是多態(tài)的一般使用方式。有了多態(tài)，您可以有多個(gè)不同的類，都帶有同一個(gè)名稱但具有不同實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)甚至可以是相同的。

虛函數(shù)?是在基類中使用關(guān)鍵字?virtual?聲明的函數(shù)。在派生類中重新定義基類中定義的虛函數(shù)時(shí)，會(huì)告訴編譯器不要靜態(tài)鏈接到該函數(shù)。

我們想要的是在程序中任意點(diǎn)可以根據(jù)所調(diào)用的對(duì)象類型來(lái)選擇調(diào)用的函數(shù)，這種操作被稱為動(dòng)態(tài)鏈接，或后期綁定。

您可能想要在基類中定義虛函數(shù)，以便在派生類中重新定義該函數(shù)更好地適用于對(duì)象，但是您在基類中又不能對(duì)虛函數(shù)給出有意義的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候就會(huì)用到純虛函數(shù)。

我們可以把基類中的虛函數(shù) area() 改寫(xiě)如下：

?這個(gè)例子是虛函數(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，通過(guò)這個(gè)例子，也許你就對(duì)虛函數(shù)有了一些概念。它虛就虛在所謂“推遲聯(lián)編”或者“動(dòng)態(tài)聯(lián)編”上，一個(gè)類函數(shù)的調(diào)用并不是在編譯時(shí)刻被確定的，而是在運(yùn)行時(shí)刻被確定的。由于編寫(xiě)代碼的時(shí)候并不能確定被調(diào)用的是基類的函數(shù)還是哪個(gè)派生類的函數(shù)，所以被成為“虛”函數(shù)。

三、純虛函數(shù)

class?Shape?{
???protected:
??????int?width,?height;
???public:
??????Shape(?int?a=0,?int?b=0)
??????{
?????????width?=?a;
?????????height?=?b;
??????}
??????//?pure?virtual?function
??????virtual?int?area()?=?0;
};

= 0 告訴編譯器，函數(shù)沒(méi)有主體，上面的虛函數(shù)是純虛函數(shù)

一、定義
　純虛函數(shù)是在基類中聲明的虛函數(shù)，它在基類中沒(méi)有定義，但要求任何派生類都要定義自己的實(shí)現(xiàn)方法。在基類中實(shí)現(xiàn)純虛函數(shù)的方法是在函數(shù)原型后加“=0”
　virtual void funtion1()=0
二、引入原因
　　1、為了方便使用多態(tài)特性，我們常常需要在基類中定義虛擬函數(shù)。
　　2、在很多情況下，基類本身生成對(duì)象是不合情理的。例如，動(dòng)物作為一個(gè)基類可以派生出老虎、孔雀等子類，但動(dòng)物本身生成對(duì)象明顯不合常理。
　　為了解決上述問(wèn)題，引入了純虛函數(shù)的概念，將函數(shù)定義為純虛函數(shù)（方法：virtual ReturnType Function()= 0;），則編譯器要求在派生類中必須予以重寫(xiě)以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。同時(shí)含有純虛擬函數(shù)的類稱為抽象類，它不能生成對(duì)象。這樣就很好地解決了上述兩個(gè)問(wèn)題。
聲明了純虛函數(shù)的類是一個(gè)抽象類。所以，用戶不能創(chuàng)建類的實(shí)例，只能創(chuàng)建它的派生類的實(shí)例。
純虛函數(shù)最顯著的特征是：它們必須在繼承類中重新聲明函數(shù)（不要后面的＝0，否則該派生類也不能實(shí)例化），而且它們?cè)诔橄箢愔型鶝](méi)有定義。
定義純虛函數(shù)的目的在于，使派生類僅僅只是繼承函數(shù)的接口。
純虛函數(shù)的意義，讓所有的類對(duì)象（主要是派生類對(duì)象）都可以執(zhí)行純虛函數(shù)的動(dòng)作，但類無(wú)法為純虛函數(shù)提供一個(gè)合理的缺省實(shí)現(xiàn)。所以類純虛函數(shù)的聲明就是在告訴子類的設(shè)計(jì)者，“你必須提供一個(gè)純虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，但我不知道你會(huì)怎樣實(shí)現(xiàn)它”。