C++中虚函数及相关概念详解

# C++ 中虚函数及相关概念详解 ## 1. 迟绑定（Late Binding） 在编程中，编译器有时会面临不清楚要编译哪个函数的情况。比如在非虚函数（NOTVIRT）中，对于表达式 `ptr->show();`，编译器总是会编译对基类中 `show()` 函数的调用。但在虚函数（VIRT）的情况下，编译器并不知道 `ptr` 所指向的具体是哪个类的对象，它可能指向 `Derv1` 类或 `Derv2` 类的对象。那么编译器该调用哪个版本的 `draw()` 函数呢？实际上，编译器此时并不知道该怎么做，所以它会将这个决策推迟到程序运行时。在运行时，当知道 `ptr` 指向的具体类时，就会调用相应版本的 `draw` 函数，这被称为迟绑定或动态绑定。而在编译时以正常方式选择函数则被称为早绑定或静态绑定。迟绑定虽然会带来一些开销，但能提供更强的功能和灵活性。 ## 2. 抽象类和纯虚函数 ### 2.1 抽象类的概念 当我们不想实例化某个基类的对象时，就称这个基类为抽象类。抽象类的存在仅仅是作为派生类的父类，用于实例化派生类的对象，它也可以为类层次结构提供一个接口。 ### 2.2 纯虚函数的定义 要明确告诉使用类库的人不要实例化基类的对象，一个好的方法是在基类中至少放置一个纯虚函数。纯虚函数是在声明时添加了 `=0` 表达式的虚函数，例如： ```cpp // virtpure.cpp // pure virtual function #include <iostream> using namespace std; class Base //base class { public: virtual void show() = 0; //pure virtual function }; class Derv1 : public Base //derived class 1 { public: void show() { cout << "Derv1\n"; } }; class Derv2 : public Base //derived class 2 { public: void show() { cout << "Derv2\n"; } }; int main() { // Base bad; //can’t make object from abstract class Base* arr[2]; //array of pointers to base class Derv1 dv1; //object of derived class 1 Derv2 dv2; //object of derived class 2 arr[0] = &dv1; //put address of dv1 in array arr[1] = &dv2; //put address of dv2 in array arr[0]->show(); //execute show() in both objects arr[1]->show(); return 0; } ``` 这里的 `=0` 与赋值无关，只是用来告诉编译器这个虚函数是纯虚函数。如果在 `main()` 函数中尝试创建 `Base` 类的对象，编译器会报错，提示你正在尝试实例化抽象类的对象，并指出使该类成为抽象类的纯虚函数的名称。需要注意的是，虽然这只是一个声明，但通常不需要为基类的纯虚函数编写定义（如果需要也可以编写）。 ### 2.3 纯虚函数的使用规则 一旦在基类中放置了纯虚函数，就必须在所有想要实例化对象的派生类中重写该纯虚函数。如果某个类没有重写纯虚函数，那么它本身也会成为抽象类，不能实例化对象（不过其派生类可能可以）。为了保持一致性，也可以将基类中的所有虚函数都设为纯虚函数。 ## 3. 虚函数与 `person` 类 ### 3.1 类的设计 这里以 `person` 类为例，它扩展了之前的示例，包含两个派生类：`student` 和 `professor`。`person` 类是抽象类，包含纯虚函数 `getData()` 和 `isOutstanding()`。`student` 类包含一个 `float` 类型的变量 `gpa`，表示学生的平均绩点；`professor` 类包含一个 `int` 类型的变量 `numPubs`，表示教授发表的学术论文数量。 ```cpp // virtpers.cpp // virtual functions with person class #include <iostream> using namespace std; class person //person class { protected: char name[40]; public: void getName() { cout << " Enter name: "; cin >> name; } void putName() { cout << "Name is: " << name << endl; } virtual void getData() = 0; //pure virtual func virtual bool isOutstanding() = 0; //pure virtual func }; class student : public person //student class { private: float gpa; //grade point average public: void getData() //get student data from user { person::getName(); cout << " Enter student’s GPA: "; cin >> gpa; } bool isOutstanding() { return (gpa > 3.5) ? true : false; } }; class professor : public person //professor class { private: int numPubs; //number of papers published public: void getData() //get professor data from user { person::getName(); cout << " Enter number of professor’s publications: "; cin >> numPubs; } bool isOutstanding() { return (numPubs > 100) ? true : false; } }; int main() { person* persPtr[100]; //array of pointers to persons int n = 0; //number of persons on list char choice; do { cout << "Enter student or professor (s/p): "; cin >> choice; if(choice=='s') //put new student persPtr[n] = new student; // in array else //put new professor ```