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
关于效率，虚拟函数的效率略低于早期绑定函数。
“这种虚拟调用机制的效率几乎可以与“正常函数调用”机制一样高（25%以内）。它的空间开销是一个具有虚拟函数的类的每个对象中的一个指针加上每个此类类的一个vtbl”[Bjarne Stroustrup的C++教程]
以下是我如何理解虚拟函数的含义，以及为什么需要它们：
假设您有以下两个类：
class Animal
{
public:
void eat() { std::cout << "I'm eating generic food."; }
};
class Cat : public Animal
{
public:
void eat() { std::cout << "I'm eating a rat."; }
};
在主功能中：
Animal *animal = new Animal;
Cat *cat = new Cat;
animal->eat(); // Outputs: "I'm eating generic food."
cat->eat(); // Outputs: "I'm eating a rat."
到目前为止还不错，对吧？动物吃普通食物，猫吃老鼠，都没有虚拟食物。
现在让我们稍微改变一下，以便通过一个中间函数调用eat（）（本例中的一个普通函数）：
// This can go at the top of the main.cpp file
void func(Animal *xyz) { xyz->eat(); }
现在我们的主要功能是：
Animal *animal = new Animal;
Cat *cat = new Cat;
func(animal); // Outputs: "I'm eating generic food."
func(cat); // Outputs: "I'm eating generic food."
哦哦。。。我们把一只猫传给func（），但它不会吃老鼠。是否应该重载func（）以使其使用Cat*？如果你必须从Animal派生出更多的动物，它们都需要自己的func（）。
解决方案是使Animal类中的eat（）成为一个虚拟函数：
class Animal
{
public:
virtual void eat() { std::cout << "I'm eating generic food."; }
};
class Cat : public Animal
{
public:
void eat() { std::cout << "I'm eating a rat."; }
};
主要内容：
func(animal); // Outputs: "I'm eating generic food."
func(cat); // Outputs: "I'm eating a rat."
完成。
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）。
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
如果没有“虚拟”，您将获得“早期绑定”。在编译时，根据您调用的指针的类型来决定使用该方法的哪个实现。
使用“虚拟”，您将获得“后期绑定”。使用方法的哪种实现在运行时根据指向对象的类型来决定，即它最初的构造形式。这不一定是根据指向该对象的指针的类型来考虑的。
class Base
{
public:
void Method1 () { std::cout << "Base::Method1" << std::endl; }
virtual void Method2 () { std::cout << "Base::Method2" << std::endl; }
};
class Derived : public Base
{
public:
void Method1 () { std::cout << "Derived::Method1" << std::endl; }
void Method2 () { std::cout << "Derived::Method2" << std::endl; }
};
Base* basePtr = new Derived ();
// Note - constructed as Derived, but pointer stored as Base*
basePtr->Method1 (); // Prints "Base::Method1"
basePtr->Method2 (); // Prints "Derived::Method2"
编辑-请参阅此问题。
此外，本教程还介绍了C++中的早期和后期绑定。
