为什么我们需要C++中的虚拟方法？

快速回答：

它为我们提供了面向对象编程所需的“要素”之一。

在Bjarne Stroustrup C++编程：原理与实践中，（14.3）：

虚拟函数提供了在基类中定义函数的能力，并在用户调用基类函数时在派生类中具有相同名称和类型的函数。这通常称为运行时多态性、动态调度或运行时调度，因为调用的函数是在运行时根据所使用的对象类型确定的。

如果您需要虚拟函数调用2，这是最快、更有效的实现。

为了处理虚拟调用，需要一条或多条与派生对象3相关的数据。通常的做法是添加函数表的地址。该表通常称为虚拟表或虚拟函数表，其地址通常称为虚指针。每个虚拟函数在虚拟表中都有一个槽。根据调用者的对象（派生）类型，虚拟函数依次调用相应的重写。

1.使用继承、运行时多态性和封装是面向对象编程的最常见定义。

2.您不能在运行时使用其他语言功能在备选方案中进行选择，从而使功能更快或使用更少的内存。Bjarne Stroustrup C++编程：原理与实践。(14.3.1).

3.当我们调用包含虚拟函数的基类时，可以判断哪个函数真正被调用。

跟进@user6359267的回答，C++范围层次结构是

global -> namespace -> class -> local -> statement

因此，每个类都定义了一个范围。如果不是这样的话，子类中的重写函数实际上会在同一范围内重新定义函数，而链接器不允许这样做：

在每个翻译单元中使用之前必须声明函数，并且一个函数只能在整个程序（跨所有翻译单元）的给定范围内定义一次

由于每个类都定义了自己的作用域，因此被调用的函数是在调用该函数的对象的类中定义的函数。所以

#include <iostream>
#include <string>

class Parent
{
public:
    std::string GetName() { return "Parent"; }
};

class Child : public Parent
{
public:
    std:::string GetName() { return "Child"; }
};

int main()
{
    Parent* parent = new Parent();
    std::cout << parent->GetName() << std::endl;

    Child* child = new Child();
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    *parent = child;
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    return 0;
}

输出

Parent
Child
Parent

因此，我们需要一种方法来告诉编译器应该在运行时而不是编译时确定要调用的函数。这就是虚拟关键字的作用。

这就是为什么函数重载被称为编译时多态（或早期绑定），而虚拟函数重写被称为运行时多态（或者后期绑定）。

细节：

在内部，当编译器看到一个虚拟函数时，它会创建一个类成员指针，该指针使用.*和->*运算符一般指向该类的成员（而不是对象中该成员的特定实例）。他们的工作是允许您访问一个类的成员，该成员具有指向该成员的指针。这些很少被程序员直接使用（也许除非你正在编写一个编译器来实现“虚拟”）。

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。

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。

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。

下面是一个完整的示例，说明了为什么使用虚拟方法。

#include <iostream>

using namespace std;

class Basic
{
    public:
    virtual void Test1()
    {
        cout << "Test1 from Basic." << endl;
    }
    virtual ~Basic(){};
};
class VariantA : public Basic
{
    public:
    void Test1()
    {
        cout << "Test1 from VariantA." << endl;
    }
};
class VariantB : public Basic
{
    public:
    void Test1()
    {
        cout << "Test1 from VariantB." << endl;
    }
};

int main()
{
    Basic *object;
    VariantA *vobjectA = new VariantA();
    VariantB *vobjectB = new VariantB();

    object=(Basic *) vobjectA;
    object->Test1();

    object=(Basic *) vobjectB;
    object->Test1();

    delete vobjectA;
    delete vobjectB;
    return 0;
}