1.虛函數(shù)

1.1虛函數(shù)簡介

虛函數(shù)可以毫不夸張的說是C++最重要的特性之一，我們先來看一看虛函數(shù)的概念。

在基類的定義中，定義虛函數(shù)的一般形式為：

virtual 函數(shù)返回值類型 虛函數(shù)名（形參表）
{
 函數(shù)體
}

為什么說虛函數(shù)是C++最重要的特性之一呢，因?yàn)樘摵瘮?shù)承載著C++中動(dòng)態(tài)聯(lián)編的作用，也即多態(tài)，可以讓程序在運(yùn)行時(shí)選擇合適的成員函數(shù)。虛函數(shù)必須是類的非靜態(tài)成員函數(shù)（且非構(gòu)造函數(shù)），其訪問權(quán)限是public。那么：
 （1）為什么類的靜態(tài)成員函數(shù)不能為虛函數(shù)？
 如果定義為虛函數(shù)，那么它就是動(dòng)態(tài)綁定的，也就是在派生類中可以被覆蓋的，這與靜態(tài)成員函數(shù)的定義（在內(nèi)存中只有一份拷貝，通過類名或?qū)ο笠迷L問靜態(tài)成員）本身就是相矛盾的。

（2）為什么構(gòu)造函數(shù)不能為虛函數(shù)？
 因?yàn)槿绻麡?gòu)造函數(shù)為虛函數(shù)的話，它將在執(zhí)行期間被構(gòu)造，而執(zhí)行期則需要對(duì)象已經(jīng)建立，構(gòu)造函數(shù)所完成的工作就是為了建立合適的對(duì)象，因此在沒有構(gòu)建好的對(duì)象上不可能執(zhí)行多態(tài)（虛函數(shù)的目的就在于實(shí)現(xiàn)多態(tài)性）的工作。在繼承體系中，構(gòu)造的順序就是從基類到派生類，其目的就在于確保對(duì)象能夠成功地構(gòu)建。構(gòu)造函數(shù)同時(shí)承擔(dān)著虛函數(shù)表的建立，如果它本身都是虛函數(shù)的話，又如何確保虛函數(shù)表的成功構(gòu)建呢？

1.2虛析構(gòu)函數(shù)

在類的繼承中，基類的析構(gòu)函數(shù)一般都是虛函數(shù)。當(dāng)基類中有虛函數(shù)的時(shí)候，析構(gòu)函數(shù)也要定義為虛析構(gòu)函數(shù)。如果不定義虛析構(gòu)函數(shù)，當(dāng)刪除一個(gè)指向派生類對(duì)象的指針時(shí)，會(huì)調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，派生類的析構(gòu)函數(shù)未被調(diào)用，造成內(nèi)存泄露。

虛析構(gòu)函數(shù)工作的方式是：最底層的派生類的析構(gòu)函數(shù)最先被調(diào)用，然后各個(gè)基類的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用。這樣，當(dāng)刪除指向派生類的指針時(shí)，就會(huì)首先調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，不會(huì)有內(nèi)存泄露的問題了。

一般情況下，如果類中沒有虛函數(shù)，就不用去聲明虛析構(gòu)函數(shù)。當(dāng)且僅當(dāng)類里包含至少一個(gè)虛函數(shù)的時(shí)候才去聲明虛析構(gòu)函數(shù)。只有當(dāng)一個(gè)類被用來作為基類的時(shí)候，才有必要將析構(gòu)函數(shù)寫成虛函數(shù)。

1.3虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)——虛函數(shù)表

虛函數(shù)是通過一張?zhí)摵瘮?shù)表來實(shí)現(xiàn)的，簡稱V-Table。類的虛函數(shù)表是一塊連續(xù)的內(nèi)存，每個(gè)內(nèi)存單元中記錄一個(gè)JMP指令的地址。編譯器會(huì)為每個(gè)有虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個(gè)虛函數(shù)表，該虛函數(shù)表將被該類的所有對(duì)象共享，類的每個(gè)虛函數(shù)成員占據(jù)虛函數(shù)表中的一行。

在這個(gè)表中，存放的是一個(gè)類的虛函數(shù)的地址。這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證使用指向子類對(duì)象實(shí)體的基類指針或引用，能夠訪問到對(duì)象實(shí)際的虛函數(shù)。在有虛函數(shù)類的實(shí)例中，分配了指向這個(gè)表的指針的內(nèi)存，所以，當(dāng)用父類的指針來操作一個(gè)子類對(duì)象實(shí)體的時(shí)候，這張?zhí)摵瘮?shù)表就指明了實(shí)際所應(yīng)該被調(diào)用的虛函數(shù)。

2.純虛函數(shù)與抽象類

既然有了虛函數(shù)，那為什么還需要有純虛函數(shù)呢？在Java編程語言中有接口的定義，在C++中雖然沒有接口關(guān)鍵字，但是純虛函數(shù)就完成了接口的功能。而且有時(shí)在編寫基類的時(shí)候，發(fā)生了如下情況：
 （1）功能不應(yīng)由基類去完成；
 （2）還沒想好應(yīng)該如何寫基類的這個(gè)函數(shù)；
 （3）有的時(shí)候基類本身不應(yīng)被實(shí)例化。

這時(shí)就可以用到純虛函數(shù)了。下面我們通過一個(gè)例子比較虛函數(shù)和純虛函數(shù)的區(qū)別：

class Base 
{
public:
  //這是一個(gè)虛函數(shù)
  virtual void vir_func()
  {
   cout << "This is a virtual function of Base" << endl;
  }
  //這是一個(gè)純虛函數(shù)
  virtual void pure_vir_func() = 0;
};

由上可見，純虛函數(shù)在類中沒有定義函數(shù)體，并加上了“= 0”。而含有至少一個(gè)純虛函數(shù)的類被稱為抽象類。定義純虛函數(shù)和抽象類的目的在于，僅僅只定義派生類繼承的接口，而暫時(shí)無法提供一個(gè)合理的缺省實(shí)現(xiàn)。所以純虛函數(shù)的聲明就是在告訴子類的設(shè)計(jì)者，“你必須實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)，但我不知道你會(huì)怎樣實(shí)現(xiàn)它”。

值得特別注意的是，由于抽象類至少有一個(gè)函數(shù)沒有實(shí)現(xiàn)，所以抽象類無法被實(shí)例化，否則編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

下面看一下純虛函數(shù)與抽象類的實(shí)例。本實(shí)驗(yàn)在GNU C++環(huán)境下進(jìn)行。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
  //這是一個(gè)虛函數(shù)
  virtual void vir_func()
  {
    cout << "This is a virtual function of Base" << endl;
  }

  //這是一個(gè)純虛函數(shù)
  virtual void pure_vir_func() =0;
};

class Derive : Base
{
public:
  void vir_func()
  {
    cout << "This is a virtual function of Derive" << endl;
  }

  void pure_vir_func()
  {
    cout << "This is a pure virtual function of Derive" << endl;
  }
};

int main()
{
  // Base b; //企圖實(shí)例化抽象類，編譯器報(bào)錯(cuò)
  // b.vir_func();

  Derive d;
  d.vir_func();
  d.pure_vir_func();

  return 0;
}

輸出：

This is a virtual function of Derive
This is a pure virtual function of Derive

派生類Derive實(shí)現(xiàn)了基類Base類的虛函數(shù)和純虛函數(shù)，同時(shí)注意到，企圖去實(shí)例化抽象類，編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

一般而言，純虛函數(shù)沒有函數(shù)體，但是也可以給出純虛函數(shù)的函數(shù)體，所以下面這樣的結(jié)構(gòu)是可以通過編譯的：

class Base
{
public:
  //這是一個(gè)虛函數(shù)
  virtual void vir_func()
  {
   cout << "This is a virtual function of Base" << endl;
  }

  //這是一個(gè)純虛函數(shù)
  virtual void pure_vir_func() =0
  {
   cout << "This is a pure virtual function of Base" << endl;
  }
};

但這樣做并沒有什么意義，因?yàn)槌橄箢惒⒉荒軐?shí)例化，不能調(diào)用該方法。

以上就是詳解C++純虛函數(shù)與抽象類的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++純虛函數(shù)與抽象類的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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