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
你熟悉函数指针吗？虚拟函数也是一个类似的想法，只是您可以轻松地将数据绑定到虚拟函数（作为类成员）。将数据绑定到函数指针并不容易。对我来说，这是主要的概念区别。这里的许多其他答案只是说“因为…多态性！”
其他回答
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。
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]
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。
你熟悉函数指针吗？虚拟函数也是一个类似的想法，只是您可以轻松地将数据绑定到虚拟函数（作为类成员）。将数据绑定到函数指针并不容易。对我来说，这是主要的概念区别。这里的许多其他答案只是说“因为…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。
