深入解析c++中多态性和虚函数使用原理

1.为什么需要virtual

按照java的思维方式，在有了继承和向上类型转换(upcasting)之后，就可以实现多态性了。但是在c++中似乎并不能orz。考虑这种情况：

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class a{
public:
void f() const{
  cout<<"class a's function"<<endl;
}
};
class b : public a{
public:
void f() const{
  cout<<"class b's function"<<endl;
}
};
int main(){
b b;
a *ptr_a = &b;
a &ref_a = b;
ptr_a->f();//print: class a's function
ref_a.f();//print: class a's function
}

在使用基类指针或引用调用一个派生类对象的函数时，我们发现程序仍然在调用基类的函数，要想解决这种情况，就要引入virtual关键字，将上面代码里的class a修改如下，main中的输出就变成类b中f()的输出了。

class a{
public:
virtual void f() const{
  cout<<"class a's function"<<endl;
}
};

那么为什么java不需要呢？因为virtual关键字实现功能的同时，会增加该类一些操作的时间和空间占用，c++将这部分占用的优化决定权交给了程序员，以实现可能的效率提高；而java内置了virtual的机制，没有提高效率的选择，但是简化了编程。(关于virtual的具体机制，建议参考thinking in c++)

有两点需要注意的：

• 第一、当使用基类指针指向派生类时，无法通过基类指针直接调用派生类中增加的函数（基类中没有同名虚函数），除非将基类指针强制类型转换为派生类指针。
• 第二、只能通过基类指针或者引用来调用派生类对象，如果我们将一个派生类对象通过值传递的方式传递给基类对象，这个对象被真的切成一个基类对象，而不具有任何派生类的内容。

2.纯虚函数和抽象类

在类设计时，常常希望基类仅仅作为派生类的一个接口，被继承实现，而不会去创建基类对象，这时，可以在基类中定义纯虚函数，使其成为一个抽象类。定义纯虚函数语法是在一个虚函数声名的基础上，加上=0。例如：virtual void f() = 0;注意：当继承一个抽象类时，必须实现其所有的纯虚函数，否则继承出的类也是一个抽象类。

一般情况下，在基类中我们不会对纯虚函数进行实现，但是c++提供了实现纯虚函数的机制，这种方法可以让我们定义一段公共代码，使派生类可以公用。

class a{
public:
virtual void do() = 0; 
};
/*
*纯虚函数不能作为inline函数实现，要放在类外！
*/
void a::do(){
//一些公共代码
}
class b : public a{
public:
void do() {
  a::do();
  //其他代码
}
};

3.构造函数与虚函数

如上文所说，定义一个虚函数时，需要做一些额外的工作，完成这些工作的代码其实被秘密插入到类构造函数的开头部分。那么就有一个问题，如果我们在构造函数中调用虚函数会发生什么现象？答案是，会调用这个虚函数的本地版本，即虚函数机制在构造函数中不工作。
另外，构造函数也不能被定义为虚函数。

4.虚析构函数与纯虚析构函数

构造函数不能被定义为虚函数，而析构函数可以，并且经常被定义为虚函数。

#include<iostream>
using namespace std;
class base1{
public:
~base1(){cout<<"~base1()"<<endl;}
};
class base2{
public:
virtual ~base2(){cout<<"~base2()"<<endl;}
};
class derived1 : public base1{
public:
~derived1(){cout<<"~derived1()"<<endl;}
};
class derived2 : public base2{
public:
~derived2(){cout<<"~derived2()"<<endl;}
};
int main(){
base1* pd1 = new derived1();
base2* pd2 = new derived2();
delete pd1;
delete pd2;
}

上面代码的控制台输出：

~base1()
~derived2()
~base2()

上面的代码暴露出在使用多态性时，不把析构函数定义成虚函数所带来的影响。这种错误不会立刻使程序崩溃，但是它不知不觉中使内存泄漏。

5.纯虚析构函数的应用

在一些时候，我们需要定义一个抽象类，但是刚好没有其他纯虚函数，这时候我们不妨将析构函数定义为纯虚的，因为作为基类的析构函数本来就要求为虚函数，将其进一步定义为纯虚函数并无太大不同。唯一需要注意的是，定义纯虚析构函数时必须为其提供函数体，如下。

class a{
public:
virtual ~a() = 0;
};
a::~a(){ }

class b:public a{
//不一定需要重定义析构函数，根据需要
}

还要注意一点，在析构函数中，虚机制也是不存在的，可通过下面的代码体会。

#include<iostream>
using namespace std;
class base{
public:
virtual ~base(){cout<<"~base()"<<endl;f();}
virtual void f(){cout<<"base::f()"<<endl;}
};
class derived : public base{
public:
~derived(){cout<<"~derived()"<<endl;}
void f(){cout<<"derived::f()"<<endl;}
};
int main(){
base * pb = new derived();
delete pb;
}

控制台输出为：

~derived()
~base()
base::f()

以上就是深入解析c++中多态性和虚函数使用原理的详细内容，更多关于c++多态性虚函数的资料请关注硕编程其它相关文章！