为什么我们需要C++中的虚拟函数？

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

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。

2018-09-05 03:56:42

其他回答

当基类中有函数时，可以在派生类中重新定义或重写它。

重新定义方法：派生类中给出了基类方法的新实现。不便于动态绑定。

重写方法：在派生类中重新定义基类的虚拟方法。虚拟方法有助于动态绑定。

所以当你说：

但在书的早些时候，当我了解基本遗传时能够重写派生类中的基方法，而不使用“虚拟”。

因为基类中的方法不是虚拟的，所以您不是在重写它，而是在重新定义它

2012-02-06 08:29:56

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
}

2010-03-06 07:26:25

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）。

2019-05-27 03:08:15

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

2018-12-15 17:16:20