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。
其他回答
解释了虚拟功能的需求[易于理解]
#include<iostream>
using namespace std;
class A{
public:
void show(){
cout << " Hello from Class A";
}
};
class B :public A{
public:
void show(){
cout << " Hello from Class B";
}
};
int main(){
A *a1 = new B; // Create a base class pointer and assign address of derived object.
a1->show();
}
输出将为：
Hello from Class A.
但具有虚拟功能：
#include<iostream>
using namespace std;
class A{
public:
virtual void show(){
cout << " Hello from Class A";
}
};
class B :public A{
public:
virtual void show(){
cout << " Hello from Class B";
}
};
int main(){
A *a1 = new B;
a1->show();
}
输出将为：
Hello from Class B.
因此，使用虚拟函数可以实现运行时多态性。
下面是前两个答案的C++代码的合并版本。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Animal
{
public:
#ifdef VIRTUAL
virtual string says() { return "??"; }
#else
string says() { return "??"; }
#endif
};
class Dog: public Animal
{
public:
string says() { return "woof"; }
};
string func(Animal *a)
{
return a->says();
}
int main()
{
Animal *a = new Animal();
Dog *d = new Dog();
Animal *ad = d;
cout << "Animal a says\t\t" << a->says() << endl;
cout << "Dog d says\t\t" << d->says() << endl;
cout << "Animal dog ad says\t" << ad->says() << endl;
cout << "func(a) :\t\t" << func(a) << endl;
cout << "func(d) :\t\t" << func(d) << endl;
cout << "func(ad):\t\t" << func(ad)<< endl;
}
两种不同的结果是：
如果没有#define virtual，它将在编译时绑定。Animal*ad和func（Animal*）都指向Animal的says（）方法。
$ g++ virtual.cpp -o virtual
$ ./virtual
Animal a says ??
Dog d says woof
Animal dog ad says ??
func(a) : ??
func(d) : ??
func(ad): ??
使用#define virtual，它在运行时绑定。Dog*d、Animal*ad和func（Animal*）指向/引用Dog的says（）方法，因为Dog是它们的对象类型。除非未定义[Dog's says（）“woof”]方法，否则它将是在类树中首先搜索的方法，即派生类可能会覆盖其基类的方法[Eanimal's says）]。
$ g++ virtual.cpp -D VIRTUAL -o virtual
$ ./virtual
Animal a says ??
Dog d says woof
Animal dog ad says woof
func(a) : ??
func(d) : woof
func(ad): woof
有趣的是，Python中的所有类属性（数据和方法）都是虚拟的。由于所有对象都是在运行时动态创建的，因此不需要类型声明或关键字virtual。下面是Python的代码版本：
class Animal:
def says(self):
return "??"
class Dog(Animal):
def says(self):
return "woof"
def func(a):
return a.says()
if __name__ == "__main__":
a = Animal()
d = Dog()
ad = d # dynamic typing by assignment
print("Animal a says\t\t{}".format(a.says()))
print("Dog d says\t\t{}".format(d.says()))
print("Animal dog ad says\t{}".format(ad.says()))
print("func(a) :\t\t{}".format(func(a)))
print("func(d) :\t\t{}".format(func(d)))
print("func(ad):\t\t{}".format(func(ad)))
输出为：
Animal a says ??
Dog d says woof
Animal dog ad says woof
func(a) : ??
func(d) : woof
func(ad): woof
这与C++的虚拟定义相同。注意，d和ad是两个不同的指针变量，引用/指向同一个Dog实例。表达式（ad is d）返回True，其值与0xb79f72cc>处的<main.Dog对象相同。
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。
您需要至少1个级别的继承和一个升级来演示它。下面是一个非常简单的示例：
class Animal
{
public:
// turn the following virtual modifier on/off to see what happens
//virtual
std::string Says() { return "?"; }
};
class Dog: public Animal
{
public: std::string Says() { return "Woof"; }
};
void test()
{
Dog* d = new Dog();
Animal* a = d; // refer to Dog instance with Animal pointer
std::cout << d->Says(); // always Woof
std::cout << a->Says(); // Woof or ?, depends on virtual
}
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！
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