对虚拟函数的解释存在的问题是，它们没有解释如何在实践中使用它，以及它如何有助于维护。我创建了一个虚拟函数教程，人们已经发现它非常有用。此外，它基于战场前提，这让它更令人兴奋：https://nrecursions.blogspot.com/2015/06/so-why-do-we-need-virtual-functions.html.

考虑这个战场应用：

#include "iostream"

//This class is created by Gun1's company
class Gun1 {public: void fire() {std::cout<<"gun1 firing now\n";}};
//This class is created by Gun2's company
class Gun2 {public: void shoot() {std::cout<<"gun2 shooting now\n";}};

//We create an abstract class to interface with WeaponController
class WeaponsInterface {
 public:
 virtual void shootTarget() = 0;
};

//A wrapper class to encapsulate Gun1's shooting function
class WeaponGun1 : public WeaponsInterface {
 private:
 Gun1* g;

 public:
 WeaponGun1(): g(new Gun1()) {}
 ~WeaponGun1() { delete g;}
 virtual void shootTarget() { g->fire(); }
};

//A wrapper class to encapsulate Gun2's shooting function
class WeaponGun2 : public WeaponsInterface {
 private:
 Gun2* g;

 public:
 WeaponGun2(): g(new Gun2()) {}
 ~WeaponGun2() { delete g;}
 virtual void shootTarget() { g->shoot(); }
};

class WeaponController {
 private:
 WeaponsInterface* w;
 WeaponGun1* g1;
 WeaponGun2* g2;
 public:
 WeaponController() {g1 = new WeaponGun1(); g2 = new WeaponGun2(); w = g1;}
 ~WeaponController() {delete g1; delete g2;}
 void shootTarget() { w->shootTarget();}
 void changeGunTo(int gunNumber) {//Virtual functions makes it easy to change guns dynamically
   switch(gunNumber) {
     case 1: w = g1; break;
     case 2: w = g2; break;
   }
 }
};


class BattlefieldSoftware {
 private:
 WeaponController* wc;
 public:
 BattlefieldSoftware() : wc(new WeaponController()) {}
 ~BattlefieldSoftware() { delete wc; }

 void shootTarget() { wc->shootTarget(); }
 void changeGunTo(int gunNumber) {wc->changeGunTo(gunNumber); }
};


int main() {
 BattlefieldSoftware* bf = new BattlefieldSoftware();
 bf->shootTarget();
 for(int i = 2; i > 0; i--) {
     bf->changeGunTo(i);
     bf->shootTarget();
 }
 delete bf;
}

我鼓励您首先阅读博客上的文章，了解包装器类创建的原因。

如图所示，有各种火炮/导弹可以连接到战场软件，并且可以向这些武器发出命令，以进行射击或重新校准等。这里的挑战是能够在不必更改蓝色战场软件的情况下更改/更换火炮/导弹，并且能够在运行时切换武器，而无需更改代码并重新编译。

上面的代码显示了问题是如何解决的，以及具有精心设计的包装类的虚拟函数如何封装函数并帮助在运行时分配派生类指针。WeaponGun1类的创建确保了你将Gun1的处理完全分离到类中。无论你对Gun1做了什么改变，你只需要在WeaponGun1中做出改变，并有信心其他职业不会受到影响。

由于WeaponsInterface类，您现在可以将任何派生类分配给基类指针WeaponsIterface，并且因为它的函数是虚拟的，所以当您调用WeaponsIInterface的shootTarget时，派生类shootTarget将被调用。

最好的部分是，您可以在运行时更改枪（w=g1和w=g2）。这是虚拟函数的主要优势，这也是我们需要虚拟函数的原因。

因此，在更换枪支时，不再需要在不同的地方注释代码。现在，这是一个简单而干净的过程，添加更多的枪类也更容易，因为我们只需要创建一个新的WeaponGun3或WeaponGun 4类，我们可以确信它不会破坏BattlefieldSoftware的代码或WeaponGun1/WeaponGun2的代码。

您需要虚拟方法来实现安全的下变频、简单和简洁。

这就是虚拟方法所做的：它们安全地向下转换，使用明显简单而简洁的代码，避免了在更复杂和冗长的代码中进行不安全的手动转换。

---

Non-virtual method ⇒ static binding ========================================

以下代码故意“不正确”。它没有将value方法声明为virtual，因此会产生意外的“错误”结果，即0:

#include <iostream>
using namespace std;

class Expression
{
public:
    auto value() const
        -> double
    { return 0.0; }         // This should never be invoked, really.
};

class Number
    : public Expression
{
private:
    double  number_;
    
public:
    auto value() const
        -> double
    { return number_; }     // This is OK.

    Number( double const number )
        : Expression()
        , number_( number )
    {}
};

class Sum
    : public Expression
{
private:
    Expression const*   a_;
    Expression const*   b_;
    
public:
    auto value() const
        -> double
    { return a_->value() + b_->value(); }       // Uhm, bad! Very bad!

    Sum( Expression const* const a, Expression const* const b )
        : Expression()
        , a_( a )
        , b_( b )
    {}
};

auto main() -> int
{
    Number const    a( 3.14 );
    Number const    b( 2.72 );
    Number const    c( 1.0 );

    Sum const       sum_ab( &a, &b );
    Sum const       sum( &sum_ab, &c );
    
    cout << sum.value() << endl;
}

在注释为“坏”的行中，调用了Expression:：value方法，因为静态已知类型（编译时已知的类型）是Expression，而value方法不是虚拟的。

---

Virtual method ⇒ dynamic binding. ======================================

在静态已知类型表达式中将值声明为virtual可确保每次调用都会检查这是什么实际类型的对象，并调用该动态类型的值的相关实现：

#include <iostream>
using namespace std;

class Expression
{
public:
    virtual
    auto value() const -> double
        = 0;
};

class Number
    : public Expression
{
private:
    double  number_;
    
public:
    auto value() const -> double
        override
    { return number_; }

    Number( double const number )
        : Expression()
        , number_( number )
    {}
};

class Sum
    : public Expression
{
private:
    Expression const*   a_;
    Expression const*   b_;
    
public:
    auto value() const -> double
        override
    { return a_->value() + b_->value(); }    // Dynamic binding, OK!

    Sum( Expression const* const a, Expression const* const b )
        : Expression()
        , a_( a )
        , b_( b )
    {}
};

auto main() -> int
{
    Number const    a( 3.14 );
    Number const    b( 2.72 );
    Number const    c( 1.0 );

    Sum const       sum_ab( &a, &b );
    Sum const       sum( &sum_ab, &c );
    
    cout << sum.value() << endl;
}

这里的输出应该是6.86，因为虚拟方法是虚拟调用的。这也称为调用的动态绑定。执行一点检查，找到对象的实际动态类型，并调用该动态类型的相关方法实现。

相关的实现是最特定（最派生）类中的实现。

注意，这里的派生类中的方法实现没有标记为virtual，而是标记为override。它们可以被标记为虚拟，但它们是自动虚拟的。override关键字确保如果某个基类中没有这样的虚拟方法，那么您将得到一个错误（这是可取的）。

---

The ugliness of doing this without virtual methods ==================================================

如果没有虚拟绑定，则必须实现一些自己动手版本的动态绑定。这通常涉及不安全的手动降级、复杂性和冗长。

对于单个函数的情况，如这里所示，将函数指针存储在对象中并通过该函数指针进行调用就足够了，但即使如此，它也会涉及一些不安全的下变频、复杂性和冗长性，即：

#include <iostream>
using namespace std;

class Expression
{
protected:
    typedef auto Value_func( Expression const* ) -> double;

    Value_func* value_func_;

public:
    auto value() const
        -> double
    { return value_func_( this ); }
    
    Expression(): value_func_( nullptr ) {}     // Like a pure virtual.
};

class Number
    : public Expression
{
private:
    double  number_;
    
    static
    auto specific_value_func( Expression const* expr )
        -> double
    { return static_cast<Number const*>( expr )->number_; }

public:
    Number( double const number )
        : Expression()
        , number_( number )
    { value_func_ = &Number::specific_value_func; }
};

class Sum
    : public Expression
{
private:
    Expression const*   a_;
    Expression const*   b_;
    
    static
    auto specific_value_func( Expression const* expr )
        -> double
    {
        auto const p_self  = static_cast<Sum const*>( expr );
        return p_self->a_->value() + p_self->b_->value();
    }

public:
    Sum( Expression const* const a, Expression const* const b )
        : Expression()
        , a_( a )
        , b_( b )
    { value_func_ = &Sum::specific_value_func; }
};


auto main() -> int
{
    Number const    a( 3.14 );
    Number const    b( 2.72 );
    Number const    c( 1.0 );

    Sum const       sum_ab( &a, &b );
    Sum const       sum( &sum_ab, &c );
    
    cout << sum.value() << endl;
}

看待这一点的一种积极方式是，如果您遇到了如上所述的不安全的下变频、复杂性和冗长，那么通常一个或多个虚拟方法确实会有帮助。

跟进@user6359267的回答，C++范围层次结构是

global -> namespace -> class -> local -> statement

因此，每个类都定义了一个范围。如果不是这样的话，子类中的重写函数实际上会在同一范围内重新定义函数，而链接器不允许这样做：

在每个翻译单元中使用之前必须声明函数，并且一个函数只能在整个程序（跨所有翻译单元）的给定范围内定义一次

由于每个类都定义了自己的作用域，因此被调用的函数是在调用该函数的对象的类中定义的函数。所以

#include <iostream>
#include <string>

class Parent
{
public:
    std::string GetName() { return "Parent"; }
};

class Child : public Parent
{
public:
    std:::string GetName() { return "Child"; }
};

int main()
{
    Parent* parent = new Parent();
    std::cout << parent->GetName() << std::endl;

    Child* child = new Child();
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    *parent = child;
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    return 0;
}

输出

Parent
Child
Parent

因此，我们需要一种方法来告诉编译器应该在运行时而不是编译时确定要调用的函数。这就是虚拟关键字的作用。

这就是为什么函数重载被称为编译时多态（或早期绑定），而虚拟函数重写被称为运行时多态（或者后期绑定）。

细节：

在内部，当编译器看到一个虚拟函数时，它会创建一个类成员指针，该指针使用.*和->*运算符一般指向该类的成员（而不是对象中该成员的特定实例）。他们的工作是允许您访问一个类的成员，该成员具有指向该成员的指针。这些很少被程序员直接使用（也许除非你正在编写一个编译器来实现“虚拟”）。

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

接口设计采用虚拟方法。例如，在Windows中有一个名为IUnknown的界面，如下所示：

interface IUnknown {
  virtual HRESULT QueryInterface (REFIID riid, void **ppvObject) = 0;
  virtual ULONG   AddRef () = 0;
  virtual ULONG   Release () = 0;
};

这些方法留给界面用户来实现。它们对于创建和销毁必须继承IUnknown的某些对象至关重要。在这种情况下，运行时知道这三个方法，并期望在调用它们时实现它们。所以在某种意义上，它们充当了对象本身和使用该对象的任何事物之间的契约。

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。