class Shape {
public:
    virtual void Draw() const = 0;    // 1) 純虛函數(shù)
    virtual void Error(const string& msg);  // 2) 普通虛函數(shù)
    int ObjectID() const;  // 3) 非虛函數(shù)
};
class Rectangle: public Shape { ... };
class Ellipse: public Shape { ... };

1.1 純虛函數(shù) (pure virtual)

Shape *ps1 = new Rectangle;
ps1->Draw(); // calls Rectangle::Draw
Shape *ps2 = new Ellipse;
ps2->Draw(); // calls Ellipse::Draw

純虛函數(shù)，繼承的是基類(lèi)中，成員函數(shù)的接口，且要在派生類(lèi)中，重寫(xiě)成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

調(diào)用基類(lèi)的 Draw()，須加類(lèi)作用域操作符 ::

ps1->Shape::Draw(); // calls Shape::draw

1.2 普通虛函數(shù)

普通虛函數(shù)，會(huì)在基類(lèi)中，定義一個(gè)缺省的實(shí)現(xiàn) (default implementation)，表示繼承的是基類(lèi)成員函數(shù)接口和缺省實(shí)現(xiàn)，由派生類(lèi)選擇是否重寫(xiě)該函數(shù)。

實(shí)際上，允許普通虛函數(shù) 同時(shí)繼承接口和缺省實(shí)現(xiàn)是危險(xiǎn)的。如下, ModelA 和 ModelB 是 Airplane 的兩種飛機(jī)類(lèi)型，且二者的飛行方式完全相同

class Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination);
};
class ModelA: public Airplane { ... };
class ModelB: public Airplane { ... };

這是典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，兩個(gè)類(lèi)共享一個(gè)特性 -- Fly，則 Fly 可在基類(lèi)中實(shí)現(xiàn)，并由兩個(gè)派生類(lèi)繼承之

現(xiàn)增加另一個(gè)飛機(jī)型號(hào) ModelC，其飛行方式與 ModelA，ModelB 不相同，如果不小心忘記在 ModelC 中重寫(xiě)新的 Fly 函數(shù)

class ModelC: public Airplane {
    ... // no fly function is declared
};

則調(diào)用 ModelC 中的 fly 函數(shù)，就是調(diào)用 Airplane::Fly，但是 ModelC 的飛行方式和缺省的并不相同

Airplane *pa = new ModelC;
pa->Fly(Qingdao); // calls Airplane::fly!

即前面所說(shuō)的，普通虛函數(shù)同時(shí)繼承接口和缺省實(shí)現(xiàn)是危險(xiǎn)的，最好是基類(lèi)中實(shí)現(xiàn)缺省行為 (behavior)，但只有在派生類(lèi)要求時(shí)才提供該缺省行為

1.2.1 方法一

一種方法是純虛函數(shù) + 缺省實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭羌兲摵瘮?shù)，所以只有接口被繼承，其缺省的實(shí)現(xiàn)不會(huì)被繼承。派生類(lèi)要想使用該缺省的實(shí)現(xiàn)，必須顯式的調(diào)用

class Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination) = 0;
};
 
void Airplane::Fly(const string& destination)
{
    // a pure virtual function default code for flying an airplane to the given destination
}
class ModelA: public Airplane {
    virtual void Fly(const string& destination) { Airplane::Fly(destination); }
};

這樣在派生類(lèi) ModelC 中，即使一不小心忘記重寫(xiě) Fly 函數(shù)，也不會(huì)調(diào)用 Airplane 的缺省實(shí)現(xiàn)

class ModelC: public Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination);
};
 
void ModelC::Fly(const string& destination)
{
    // code for flying a ModelC airplane to the given destination
}

1.2.2 方法二

可以看到，上面問(wèn)題的關(guān)鍵就在于，一不小心在派生類(lèi) ModelC 中忘記重寫(xiě) fly 函數(shù)，C++11 中使用關(guān)鍵字 override，可以避免這樣的“一不小心”

1.3 非虛函數(shù)

非虛成員函數(shù)沒(méi)有 virtual 關(guān)鍵字，表示派生類(lèi)不但繼承了接口，而且繼承了一個(gè)強(qiáng)制實(shí)現(xiàn) (mandatory implementation)

既然繼承了一個(gè)強(qiáng)制的實(shí)現(xiàn)，則在派生類(lèi)中，無(wú)須重新定義 (redefine) 繼承自基類(lèi)的成員函數(shù)，如下：

使用指針調(diào)用 ObjectID 函數(shù)，則都是調(diào)用的 Shape::ObjectID()

Rectangel rc; // rc is an object of type Rectangle
Shape *pB = &rc; // get pointer to rc
pB->ObjectID(); // call ObjectID() through pointer
Rectangle *pD = &rc; // get pointer to rc
pD->ObjectID(); // call ObjectID() through pointer

如果在派生類(lèi)中重新定義了繼承自基類(lèi)的成員函數(shù) ObjectID 呢？

class Rectangel : public Shape {
public:
    int ObjectID() const; // hides Shape::ObjectID
};
pB->ObjectID(); // calls Shape::ObjectID()
pD->ObjectID(); // calls Rectagle::ObjectID()

此時(shí)，派生類(lèi)中重新定義的成員函數(shù)會(huì) “隱藏” (hide) 繼承自基類(lèi)的成員函數(shù)

這是因?yàn)榉翘摵瘮?shù)是 “靜態(tài)綁定” 的，pB 被聲明的是 Shape* 類(lèi)型的指針，則通過(guò) pB 調(diào)用的非虛函數(shù)都是基類(lèi)中的，既使 pB 指向的是派生類(lèi)

與“靜態(tài)綁定”相對(duì)的是虛函數(shù)的“動(dòng)態(tài)綁定”，即無(wú)論 pB 被聲明為 Shape* 還是 Rectangle* 類(lèi)型，其調(diào)用的虛函數(shù)取決于 pB 實(shí)際指向的對(duì)象類(lèi)型

2 重寫(xiě) (override)

在 1.2.2 中提到 override 關(guān)鍵字，可以避免派生類(lèi)中忘記重寫(xiě)虛函數(shù)的錯(cuò)誤

下面以重寫(xiě)虛函數(shù)時(shí)，容易犯的四個(gè)錯(cuò)誤為例，詳細(xì)闡述之

class Base {
public:
    virtual void mf1() const;
    virtual void mf2(int x);
    virtual void mf3() &;
    void mf4() const;    // is not declared virtual in Base
};
class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1();        // declared const in Base, but not in Derived.
    virtual void mf2(unsigned int x);    // takes an int in Base, but an unsigned int in Derived
    virtual void mf3() &&;    // is lvalue-qualified in Base, but rvalue-qualified in Derived.
    void mf4() const;       
};

在派生類(lèi)中，重寫(xiě) (override) 繼承自基類(lèi)成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn) (implementation) 時(shí)，要滿足如下條件：

一虛：基類(lèi)中，成員函數(shù)聲明為虛擬的 (virtual)

二容：基類(lèi)和派生類(lèi)中，成員函數(shù)的返回類(lèi)型和異常規(guī)格 (exception specification) 必須兼容

四同：基類(lèi)和派生類(lèi)中，成員函數(shù)名、形參類(lèi)型、常量屬性 (constness) 和引用限定符 (reference qualifier) 必須完全相同

如此多的限制條件，導(dǎo)致了虛函數(shù)重寫(xiě)如上述代碼，極容易因?yàn)橐粋€(gè)不小心而出錯(cuò)

C++11 中的 override 關(guān)鍵字，可以顯式的在派生類(lèi)中聲明，哪些成員函數(shù)需要被重寫(xiě)，如果沒(méi)被重寫(xiě)，則編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1() override;
    virtual void mf2(unsigned int x) override;
    virtual void mf3() && override;
    virtual void mf4() const override;
};

因此，即使不小心漏寫(xiě)了虛函數(shù)重寫(xiě)的某個(gè)苛刻條件，也可以通過(guò)編譯器的報(bào)錯(cuò)，快速改正錯(cuò)誤

class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1() const override;  // adding "virtual" is OK, but not necessary
    virtual void mf2(int x) override;
    void mf3() & override;
    void mf4() const override;
};