OOP答案：亚型多态性

在C++中，需要虚拟方法来实现多态性，如果应用维基百科中的定义，则更准确地说是子类型或子类型多态性。

维基百科，分类，2019-01-09：在编程语言理论中，子类型化（也称为子类型多态性或包含多态性）是类型多态性的一种形式，其中子类型是通过某种可替代性概念与另一个数据类型（父类型）相关的数据类型，这意味着程序元素（通常是子例程或函数），编写为对父类型的元素进行操作也可以对子类型的元素执行操作。

注意：子类型表示基类，子类型表示继承类。

关于亚型多态性的进一步阅读

https://en.wikipedia.org/wiki/Subtypinghttps://en.wikipedia.org/wiki/Polymorphism_（computer_science）#子类型

技术答案：动态调度

如果您有一个指向基类的指针，那么方法的调用（声明为虚拟）将被分派到所创建对象的实际类的方法。这就是亚型多态性是如何在C++中实现的。

进一步阅读C++中的多态性与动态调度

http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/polymorphism/https://en.cppreference.com/w/cpp/language/virtual

实现答案：创建vtable条目

对于方法上的每个修饰符“virtual”，C++编译器通常会在声明方法的类的vtable中创建一个条目。这就是常见的C++编译器实现动态调度的方式。

进一步阅读vtables

https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table

示例代码

#include <iostream>

using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() = 0; // no implementation needed, for abstract classes
    virtual ~Animal(){};
};

class Cat : public Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise()
    {
        cout << "Meow!" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() { // needs to be virtual, if subtype polymorphism is also needed for Dogs
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

class Doberman : public Dog {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() {
        cout << "Woo, woo, woow!";
        cout << " ... ";
        Dog::MakeTypicalNoise();
    }
};

int main() {

    Animal* apObject[] = { new Cat(), new Dog(), new Doberman() };

    const   int cnAnimals = sizeof(apObject)/sizeof(Animal*);
    for ( int i = 0; i < cnAnimals; i++ ) {
        apObject[i]->MakeTypicalNoise();
    }
    for ( int i = 0; i < cnAnimals; i++ ) {
        delete apObject[i];
    }
    return 0;
}

示例代码输出

Meow!
Woof!
Woo, woo, woow! ... Woof!

代码示例的UML类图

我认为您所指的是这样一个事实：一旦方法被声明为virtual，您就不需要在重写中使用“virtual”关键字。

class Base { virtual void foo(); };

class Derived : Base 
{ 
  void foo(); // this is overriding Base::foo
};

如果在Base的foo声明中不使用“virtual”，那么Derived的foo将只是隐藏它。

为什么我们需要C++中的虚拟方法？

快速回答：

它为我们提供了面向对象编程所需的“要素”之一。

在Bjarne Stroustrup C++编程：原理与实践中，（14.3）：

虚拟函数提供了在基类中定义函数的能力，并在用户调用基类函数时在派生类中具有相同名称和类型的函数。这通常称为运行时多态性、动态调度或运行时调度，因为调用的函数是在运行时根据所使用的对象类型确定的。

如果您需要虚拟函数调用2，这是最快、更有效的实现。

为了处理虚拟调用，需要一条或多条与派生对象3相关的数据。通常的做法是添加函数表的地址。该表通常称为虚拟表或虚拟函数表，其地址通常称为虚指针。每个虚拟函数在虚拟表中都有一个槽。根据调用者的对象（派生）类型，虚拟函数依次调用相应的重写。

1.使用继承、运行时多态性和封装是面向对象编程的最常见定义。

2.您不能在运行时使用其他语言功能在备选方案中进行选择，从而使功能更快或使用更少的内存。Bjarne Stroustrup C++编程：原理与实践。(14.3.1).

3.当我们调用包含虚拟函数的基类时，可以判断哪个函数真正被调用。

关键字virtual告诉编译器它不应该执行早期绑定。相反，它应该自动安装执行后期绑定所需的所有机制。为了实现这一点，典型的编译器1为每个包含虚拟函数的类创建一个表（称为VTABLE）。编译器将该特定类的虚拟函数的地址放在VTABLE中。在每个具有虚拟函数的类中，它都会秘密地放置一个指针，称为vpointer（缩写为VPTR），该指针指向该对象的VTABLE。当您通过基类指针进行虚拟函数调用时，编译器会悄悄地插入代码以获取VPTR并在VTABLE中查找函数地址，从而调用正确的函数并导致延迟绑定。

此链接中的详细信息http://cplusplusinterviews.blogspot.sg/2015/04/virtual-mechanism.html

virtual关键字强制编译器选择对象类中定义的方法实现，而不是指针类中的方法实现。

Shape *shape = new Triangle(); 
cout << shape->getName();

在上面的示例中，默认情况下将调用Shape:：getName，除非getName（）在基类Shape中定义为virtual。这迫使编译器在Triangle类而不是Shape类中查找getName（）实现。

虚拟表是编译器跟踪子类的各种虚拟方法实现的机制。这也被称为动态调度，并且存在一些与之相关的开销。

最后，为什么在C++中甚至需要虚拟，为什么不将其作为Java中的默认行为？

C++基于“零开销”和“按需付费”的原则。因此，除非您需要，否则它不会尝试为您执行动态调度。为界面提供更多控制。通过使函数非虚拟化，接口/抽象类可以控制其所有实现中的行为。

我想添加虚拟函数的另一种用法，尽管它使用了与上述答案相同的概念，但我认为它值得一提。

虚拟析构函数

考虑下面的这个程序，不要将基类析构函数声明为virtual；Cat的内存可能无法清理。

class Animal {
    public:
    ~Animal() {
        cout << "Deleting an Animal" << endl;
    }
};
class Cat:public Animal {
    public:
    ~Cat() {
        cout << "Deleting an Animal name Cat" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal *a = new Cat();
    delete a;
    return 0;
}

输出：

删除动物

class Animal {
    public:
    virtual ~Animal() {
        cout << "Deleting an Animal" << endl;
    }
};
class Cat:public Animal {
    public:
    ~Cat(){
        cout << "Deleting an Animal name Cat" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal *a = new Cat();
    delete a;
    return 0;
}

输出：

删除动物名称猫删除动物