C/C++中虛函數(shù)詳解及其作用介紹
概述
虛函數(shù) (virtual function) 指可以被子類繼承和覆蓋的函數(shù).
使用方法
基類聲明成員函數(shù)為虛函數(shù)的方法:
virtual [類型] 函數(shù)名([參數(shù)表列])
注: 在類外定義虛函數(shù)時, 不需再加 virtual.
虛函數(shù)的特點:
- 提高程序擴充性: 派生類根據(jù)需要可以進行函數(shù)覆蓋
- 成員函數(shù)被聲明為虛數(shù)后, 其派生類中覆蓋函數(shù)自動稱為虛函數(shù)
- 若虛函數(shù)在派生類中未重新定義, 則派生類簡單繼承其直接基類的虛函數(shù)
- 指向基類的指針, 當指向派生類對象時, 可以嗲用派生類的方法
關聯(lián)
通過關聯(lián) (binding), 我們可以把一個標識符和一個存儲地址聯(lián)系起來, 或者把一個函數(shù)名與一個類對象捆綁在一起.
靜態(tài)關聯(lián)
靜態(tài)關聯(lián) (static binding) 指通過對象名調(diào)用虛函數(shù). 在編譯時即可確定其調(diào)用的虛函數(shù)屬于哪一類
動態(tài)關聯(lián)
動態(tài)關聯(lián) (dynamic binding) 是指通過基類指針與虛函數(shù), 在運行階段確定關聯(lián)關系. 動態(tài)關聯(lián)提供動態(tài)的多態(tài)性, 即運行階段的多態(tài)性.
案例1
未使用虛函數(shù)
Square 類:
#ifndef PROJECT6_SQUARE_H #define PROJECT6_SQUARE_H class Square { protected: int length; public: Square(int l) : length(l) {}; int area() const { return length *length; } }; #endif //PROJECT6_SQUARE_H
Rectangle 類:
#ifndef PROJECT6_RECTANGLE_H #define PROJECT6_RECTANGLE_H #include "Square.h" class Rectangle : public Square{ private: int height; public: Rectangle(int l, int h) : Square(l), height(h) {}; int area() const { return Square::area() * 2 + length * height * 4; // 兩個底加四個邊 } }; #endif //PROJECT6_RECTANGLE_H
main:
#include <iostream> #include "Square.h" #include "Rectangle.h" using namespace std; int main() { // 創(chuàng)建對象 Square s1(2), *pt; Rectangle r1(3, 3); pt = &s1; cout << pt->area() << endl; pt = &r1; cout << pt->area() << endl; return 0; }
輸出結(jié)果:
4
9 // 輸出的是底面積
此時調(diào)用的是 Square 類的area()
函數(shù).
使用虛擬類
Square 類:
#ifndef PROJECT6_SQUARE_H #define PROJECT6_SQUARE_H class Square { protected: int length; public: Square(int l) : length(l) {}; virtual int area() const { return length *length; } }; #endif //PROJECT6_SQUARE_H
Rectangle 類:
#ifndef PROJECT6_RECTANGLE_H #define PROJECT6_RECTANGLE_H #include "Square.h" class Rectangle : public Square{ private: int height; public: Rectangle(int l, int h) : Square(l), height(h) {}; int area() const { return Square::area() * 2 + length * height * 4; // 兩個底加四個邊 } }; #endif //PROJECT6_RECTANGLE_H
main:
#include <iostream> #include "Square.h" #include "Rectangle.h" using namespace std; int main() { // 創(chuàng)建對象 Square s1(2), *pt; Rectangle r1(3, 3); pt = &s1; cout << pt->area() << endl; pt = &r1; cout << pt->area() << endl; return 0; }
輸出結(jié)果:
4
54 // 長方體的面積
此時調(diào)用的是 Rectangle 類的area()
函數(shù).
案例2
Animal 類:
#ifndef PROJECT6_ANIMAL_H #define PROJECT6_ANIMAL_H #include <iostream> using namespace std; class Animal { public: virtual void bark(){ cout << "咋叫?" << endl; } }; #endif //PROJECT6_ANIMAL_H
Dog 類:
#ifndef PROJECT6_DOG_H #define PROJECT6_DOG_H #include "Animal.h" class Dog : public Animal{ public: void bark() { cout << "汪汪!" << endl; } }; #endif //PROJECT6_DOG_H
Cat 類:
#ifndef PROJECT6_CAT_H #define PROJECT6_CAT_H #include "Animal.h" class Cat : public Animal{ public: void bark() { cout << "喵喵!" << endl; } }; #endif //PROJECT6_CAT_H
Pig 類:
#ifndef PROJECT6_PIG_H #define PROJECT6_PIG_H #include "Animal.h" class Pig : public Animal { public: void bark() { cout << "哼哼!" << endl; } }; #endif //PROJECT6_PIG_H
main:
#include <iostream> #include "Animal.h" #include "Dog.h" #include "Cat.h" #include "Pig.h" using namespace std; int main() { // 創(chuàng)建對象 Animal a, *pt; Dog d; Cat c; Pig p; pt = &a; pt -> bark(); // 調(diào)用基類的bark() pt = &d; pt -> bark(); // 調(diào)用狗的bark() pt = &c; pt -> bark(); // 調(diào)用貓的bark() pt = &p; pt -> bark(); // 調(diào)用豬的bark() return 0; }
輸出結(jié)果:
咋叫?
汪汪!
喵喵!
哼哼!
總結(jié)
虛函數(shù)只能是類的成員函數(shù), 而不能將類外的普通函數(shù)聲明為虛函數(shù). 虛函數(shù)的作用是允許在派生類中對基類的虛函數(shù)重新定義 (函數(shù)覆蓋), 只能用于類的繼承層次結(jié)構(gòu)中.
虛函數(shù)能有效減少空間開銷. 當一個類帶有虛函數(shù)時, 編譯系統(tǒng)會為該類構(gòu)造一個虛函數(shù)表 (一個指針數(shù)組), 用于存放每個虛函數(shù)的入口地址.
什么時候應該使用虛函數(shù):
- 判斷成員函數(shù)所在的類是不是基類, 非基類無需使用虛函數(shù)
- 成員函數(shù)在類被繼承后有沒有可能被更改的功能, 如果希望修改成員函數(shù)功能, 一般在基類中將其聲明為虛函數(shù)
- 我們會通過對象名還是基類指針訪問成員函數(shù), 如果通過基類指針過引用去訪問, 則應當聲明為虛函數(shù)
有時候在定義虛函數(shù)的時候, 我們無需定義其函數(shù)體. 它的作用只是定義了一個虛函數(shù)名, 具體的功能留給派生類去添加, 也就是純虛函數(shù). 例如我們在上面的 Animal 類的bark()
函數(shù)就應該聲明為純虛函數(shù), 因為 Animal 為基類, 定義bark()
函數(shù)實體并無意義.
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