[CPP] 虚函数与纯虚函数

本文对 C++ 中对虚函数与纯虚函数做一次简单的总结。

虚函数：通过 virtual 关键字修饰的函数，作用是允许用父类的指针来调用子类的这个函数。虚函数具有函数体，「虚」不代表它是未实现的，相反地，它是必须要有函数体。

纯虚函数：函数未实现（没有函数体）。定义纯虚函数是为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

虚函数

先看一段代码：

class A
{
public:
    virtual void say() { cout << "A" << endl; }
};
class B : public A
{
public:
    // 此处的 virtual 可有可无
    void say() { cout << "B" << endl; }
};

int main()
{
    A *a = new B();
    a->say();
}
// Output: B

上述代码展示的是 virtual 的基本用法，A 中定义一个虚函数，B 中重新实现了一遍，这也是所谓的重写（类似于 Java 的 Override）。

PS：如果函数 A::say() 没有使用 virtual 修饰，那么就叫 重定义 (Redefining) 。 那么在这种情况下，a->say() 输出 A .

上面这种通过 父类指针调用子类函数 的行为，也被叫做动态绑定（Dynamic Binding），或者动态联编（这个就不知道是谁的翻译，无语子）。动态绑定的含义是：一个类函数的调用并不是在编译时刻被确定的，而是在运行时刻被确定的。

至于怎么理解「动态」一词呢？

参考文章：https://www.cnblogs.com/lizhenghn/p/3657717.html

4 个相关概念：

• 静态类型：对象在声明时采用的类型，在编译期既已确定；
• 动态类型：通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型，是在运行期决定的；
• 静态绑定：绑定的是静态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型，发生在编译期；
• 动态绑定：绑定的是动态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期；

int main()
{
    A *a = nullptr;    // a 的静态类型为 A*
    a = new A();       // a 的动态类型为 A*
    a->say();
    a = new B();       // a 的动态类型变为 B*
    a->say();
}

也就是说，由于 父类指针可以指向子类 这个特性，对象指针在运行时可以有不同的动态类型的。

一句话总结：虚函数的调用取决于指向或者引用的对象的类型，而不是指针或者引用自身的类型。

纯虚函数

纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它在基类中没有定义（即没有函数体），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 A 
{
public:
    virtual void say() = 0;
};

引入纯虚函数/抽象类的原因是：实现多态。

具有纯虚函数的类，称为抽象类（Abstract Class），不能实例化。其作用类似于 Java 中的接口，每个子类都必须要实现这个纯虚函数。

class Animal { public: virtual void whoami() = 0; };
class Cat : public Animal { public: void whoami() { cout << "I am cat." << endl; } };
class Dog : public Animal { public: void whoami() { cout << "I am dog." << endl; } };

一些常见的结论：

• 纯虚函数使一个类变成抽象类
• 可以定义抽象类的指针或者引用

int main()
{
    Cat cat;
    Dog dog;
    Animal *ptr = nullptr;
    ptr = &cat, ptr->whoami();
    ptr = &dog, ptr->whoami();

    Animal &ref = dog;
    dog.whoami();
}

• 如果我们不在派生类中覆盖纯虚函数，那么派生类也会变成抽象类。
• 抽象类可以有构造函数

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最后，可以看一下 Java 中 interface 的用法，与之十分类似。

在 Animal.java 中定义接口：

package sin;

public interface Animal {
    public void whoami();
    public boolean canFly();
}

在 Cat.java 实现接口中定义的所有方法：

package sin;
public class Cat implements Animal {
    public void whoami() {
        System.out.println("I am cat.");
    }
    public boolean canFly() {
        return false;
    }
}