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

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。

其他回答

如果基类是base,派生类是Der,则可以有一个base*p指针,它实际上指向Der的实例。当您调用p->foo();时;,如果foo不是虚拟的,则执行Base版本的foo,忽略p实际上指向Der的事实。如果foo是虚拟的,则p->foo()执行foo的“最叶”覆盖,充分考虑指向项的实际类。因此,虚拟和非虚拟之间的区别实际上非常关键:前者允许运行时多态性,这是OO编程的核心概念,而后者则不允许。

我们需要支持“运行时多态性”的虚拟方法。当使用指针或对基类的引用引用派生类对象时,可以为该对象调用虚拟函数并执行派生类版本的函数。

如果你知道潜在的机制,这会有所帮助。C++将C程序员使用的一些编码技术形式化,用“覆盖”代替“类”-具有公共头段的结构将用于处理不同类型的对象,但具有一些公共数据或操作。通常,覆盖的基本结构(公共部分)具有指向函数表的指针,该函数表指向每个对象类型的不同例程集。C++做了同样的事情,但隐藏了机制,即C++ptr->func(…),其中func是C的虚拟(*ptr->func_table[func_num])(ptr,…),派生类之间的变化是func_table内容。[非虚拟方法ptr->func()仅转换为mangled_func(ptr,..)。]

这样做的结果是,您只需要了解基类就可以调用派生类的方法,即,如果例程了解类a,您可以向它传递派生类B指针,那么所调用的虚拟方法将是B的虚拟方法,而不是a的虚拟方法。

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!

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。