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

如果基类是base，派生类是Der，则可以有一个base*p指针，它实际上指向Der的实例。当您调用p->foo（）；时；，如果foo不是虚拟的，则执行Base版本的foo，忽略p实际上指向Der的事实。如果foo是虚拟的，则p->foo（）执行foo的“最叶”覆盖，充分考虑指向项的实际类。因此，虚拟和非虚拟之间的区别实际上非常关键：前者允许运行时多态性，这是OO编程的核心概念，而后者则不允许。

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

虚拟函数用于支持运行时多态性。

也就是说，virtual关键字告诉编译器不要在编译时做出（函数绑定的）决定，而是推迟到运行时”。

您可以通过在函数的基类声明中的关键字virtual之前使其成为虚拟函数。例如类基础{虚虚函数（）；}当基类具有虚拟成员函数时，从基类继承的任何类都可以使用完全相同的原型重新定义该函数，即只能重新定义功能，而不能重新定义函数的接口。类派生：公共基{void函数（）；}基类指针可用于指向基类对象和派生类对象。当使用基类指针调用虚拟函数时，编译器在运行时决定要调用函数的哪个版本（即基类版本或重写的派生类版本）。这被称为运行时多态性。

底线是，虚拟功能使生活更轻松。让我们使用M Perry的一些想法，并描述如果我们没有虚拟函数而只能使用成员函数指针会发生什么。在没有虚函数的正常估计中，我们有：

 class base {
 public:
 void helloWorld() { std::cout << "Hello World!"; }
  };

 class derived: public base {
 public:
 void helloWorld() { std::cout << "Greetings World!"; }
 };

 int main () {
      base hwOne;
      derived hwTwo = new derived();
      base->helloWorld(); //prints "Hello World!"
      derived->helloWorld(); //prints "Hello World!"

好的，这就是我们所知道的。现在让我们尝试使用成员函数指针：

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class base {
 public:
 void helloWorld() { std::cout << "Hello World!"; }
 };

 class derived : public base {
 public:
 void displayHWDerived(void(derived::*hwbase)()) { (this->*hwbase)(); }
 void(derived::*hwBase)();
 void helloWorld() { std::cout << "Greetings World!"; }
 };

 int main()
 {
 base* b = new base(); //Create base object
 b->helloWorld(); // Hello World!
 void(derived::*hwBase)() = &derived::helloWorld; //create derived member 
 function pointer to base function
 derived* d = new derived(); //Create derived object. 
 d->displayHWDerived(hwBase); //Greetings World!

 char ch;
 cin >> ch;
 }

虽然我们可以用成员函数指针做一些事情，但它们不如虚拟函数灵活。在类中使用成员函数指针是很棘手的；至少在我的实践中，成员函数指针几乎总是必须在主函数中或从成员函数中调用，如上面的示例所示。

另一方面，虚拟函数虽然可能有一些函数指针开销，但确实大大简化了事情。

EDIT：还有一种方法与eddietree类似：c++虚拟函数与成员函数指针（性能比较）。

为什么我们需要虚拟功能？

虚拟函数避免了不必要的类型转换问题，我们中的一些人会争论，当我们可以使用派生类指针来调用派生类中特定的函数时，为什么需要虚拟函数！答案是，它否定了在大型系统开发中继承的全部思想，因为在大型系统中，非常需要使用单指针基类对象。

让我们比较以下两个简单的程序，以了解虚拟函数的重要性：

无虚拟功能的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

class father
{
    public: void get_age() {cout << "Fathers age is 50 years" << endl;}
};

class son: public father
{
    public : void get_age() { cout << "son`s age is 26 years" << endl;}
};

int main(){
    father *p_father = new father;
    son *p_son = new son;

    p_father->get_age();
    p_father = p_son;
    p_father->get_age();
    p_son->get_age();
    return 0;
}

输出：

Fathers age is 50 years
Fathers age is 50 years
son`s age is 26 years

具有虚拟功能的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

class father
{
    public:
        virtual void get_age() {cout << "Fathers age is 50 years" << endl;}
};

class son: public father
{
    public : void get_age() { cout << "son`s age is 26 years" << endl;}
};

int main(){
    father *p_father = new father;
    son *p_son = new son;

    p_father->get_age();
    p_father = p_son;
    p_father->get_age();
    p_son->get_age();
    return 0;
}

输出：

Fathers age is 50 years
son`s age is 26 years
son`s age is 26 years

通过仔细分析这两个输出，可以理解虚拟函数的重要性。