我正在学习C++，我刚刚开始学习虚拟函数。
从我（在书中和网上）读到的内容来看，虚拟函数是基类中的函数，可以在派生类中重写。
但在本书的早些时候，当我学习基本继承时，我能够在派生类中重写基函数，而不使用虚函数。
那么我在这里错过了什么？我知道虚拟函数还有很多，它似乎很重要，所以我想清楚它到底是什么。我只是在网上找不到一个直截了当的答案。
当前回答
您必须区分重写和重载。如果没有virtual关键字，则只能重载基类的方法。这只意味着隐藏。假设您有一个基类base和一个派生类Specialized，它们都实现了void foo（）。现在有一个指向Base的指针指向Specialized的实例。当您对其调用foo（）时，您可以观察到virtual的不同之处：如果该方法是虚拟的，则将使用Specialized的实现，如果缺少，则将选择Base的版本。最好不要重载基类中的方法。使方法非虚拟化是作者告诉你它在子类中的扩展不是有意的。
其他回答
您必须区分重写和重载。如果没有virtual关键字，则只能重载基类的方法。这只意味着隐藏。假设您有一个基类base和一个派生类Specialized，它们都实现了void foo（）。现在有一个指向Base的指针指向Specialized的实例。当您对其调用foo（）时，您可以观察到virtual的不同之处：如果该方法是虚拟的，则将使用Specialized的实现，如果缺少，则将选择Base的版本。最好不要重载基类中的方法。使方法非虚拟化是作者告诉你它在子类中的扩展不是有意的。
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。
我以对话的形式给出了答案，以便更好地阅读：
为什么我们需要虚拟功能？
因为多态性。
什么是多态性？
基指针也可以指向派生类型对象。
多态性的定义是如何导致对虚拟函数的需求的？
嗯，通过早期绑定。
什么是早期绑定？
C++中的早期绑定（编译时绑定）意味着在执行程序之前，函数调用是固定的。
所以
因此，如果您使用基类型作为函数的参数，编译器将只识别基接口，如果您用派生类的任何参数调用该函数，它将被截断，这不是您想要的。
如果这不是我们想要的，为什么允许这样做？
因为我们需要多态性！
那么多态性的好处是什么？
您可以使用基类型指针作为单个函数的参数，然后在程序运行时，您可以使用该基指针的解引用来访问每个派生类型接口（例如，它们的成员函数），而不会出现任何问题。
我仍然不知道虚拟函数有什么好处。。。！这是我的第一个问题！
嗯，这是因为你问得太快了！
为什么我们需要虚拟功能？
假设您使用基指针调用了一个函数，该函数具有来自其派生类之一的对象地址。正如我们上面所讨论的，在运行时，这个指针会被取消引用，但是，到目前为止，我们希望“从我们的派生类”执行一个方法（==成员函数）！然而，基类中已经定义了相同的方法（具有相同标头的方法），那么为什么您的程序要费心选择另一个方法呢？换言之，我的意思是，你怎么能把这种情况与我们以前通常看到的情况区分开来？
简单的答案是“基类中的一个虚拟成员函数”，稍长一点的答案是，“在这一步，如果程序在基类中看到一个虚拟函数，它知道（意识到）您正在尝试使用多态性”，因此去到派生类（使用v-table，一种后期绑定形式），发现另一个方法具有相同的头，但预期实现不同。
为什么实施不同？
你这个笨蛋！去读一本好书吧！
好吧，等等，等等，当他/她可以简单地使用派生类型指针时，为什么还要麻烦使用基指针呢？你是法官，所有这些头疼值得吗？看看这两个片段：
//1:
Parent* p1 = &boy;
p1 -> task();
Parent* p2 = &girl;
p2 -> task();
//2:
Boy* p1 = &boy;
p1 -> task();
Girl* p2 = &girl;
p2 -> task();
好吧，虽然我认为1还是比2好，但你也可以这样写1：
//1:
Parent* p1 = &boy;
p1 -> task();
p1 = &girl;
p1 -> task();
此外，你应该意识到，这只是我迄今为止向你解释的所有事情的一种人为使用。相反，假设例如在程序中有一个函数分别使用每个派生类的方法（getMonthBenefit（））：
double totalMonthBenefit = 0;
std::vector<CentralShop*> mainShop = { &shop1, &shop2, &shop3, &shop4, &shop5, &shop6};
for(CentralShop* x : mainShop){
totalMonthBenefit += x -> getMonthBenefit();
}
现在，试着重新写一遍，不要让人头疼！
double totalMonthBenefit=0;
Shop1* branch1 = &shop1;
Shop2* branch2 = &shop2;
Shop3* branch3 = &shop3;
Shop4* branch4 = &shop4;
Shop5* branch5 = &shop5;
Shop6* branch6 = &shop6;
totalMonthBenefit += branch1 -> getMonthBenefit();
totalMonthBenefit += branch2 -> getMonthBenefit();
totalMonthBenefit += branch3 -> getMonthBenefit();
totalMonthBenefit += branch4 -> getMonthBenefit();
totalMonthBenefit += branch5 -> getMonthBenefit();
totalMonthBenefit += branch6 -> getMonthBenefit();
事实上，这可能也是一个虚构的例子！
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
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。
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