虚拟/纯虚拟解释

从 Wikipedia's Virtual function ...

在面向对象的编程中，在 C++ 和 Object Pascal 等语言中，虚函数或虚方法是一种可继承和可覆盖的函数或方法，可促进动态分派。这个概念是面向对象编程 (OOP) 的（运行时）多态性部分的重要组成部分。简而言之，虚函数定义了要执行的目标函数，但在编译时可能不知道目标函数。

与非虚函数不同，当虚函数被覆盖时，派生最多的版本将用于类层次结构的所有级别，而不仅仅是创建它的级别。因此，如果基类的一个方法调用了虚方法，则将使用派生类中定义的版本，而不是基类中定义的版本。

这与非虚函数形成对比，非虚函数仍然可以在派生类中被覆盖，但“新”版本只会被派生类及其以下使用，而根本不会改变基类的功能。

然而..

纯虚函数或纯虚方法是如果派生类不是抽象的，则需要由派生类实现的虚函数。

当纯虚方法存在时，类是“抽象的”，不能单独实例化。相反，必须使用实现纯虚拟方法的派生类。纯虚拟根本没有在基类中定义，所以派生类必须定义它，或者派生类也是抽象的，不能被实例化。只有没有抽象方法的类才能被实例化。

虚拟提供了一种覆盖基类功能的方法，而纯虚拟需要它。

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我想评论一下维基百科对虚拟的定义，这里有几个人重复了。 [在编写此答案时，] Wikipedia 将虚拟方法定义为可以在子类中覆盖的方法。 [幸运的是，Wikipedia 已经被编辑过，现在它正确地解释了这一点。] 这是不正确的：任何方法，不仅仅是虚拟方法，都可以在子类中被覆盖。 virtual 所做的是为您提供多态性，也就是说，能够在运行时选择方法的最衍生覆盖。

考虑以下代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    void NonVirtual() {
        cout << "Base NonVirtual called.\n";
    }
    virtual void Virtual() {
        cout << "Base Virtual called.\n";
    }
};
class Derived : public Base {
public:
    void NonVirtual() {
        cout << "Derived NonVirtual called.\n";
    }
    void Virtual() {
        cout << "Derived Virtual called.\n";
    }
};

int main() {
    Base* bBase = new Base();
    Base* bDerived = new Derived();

    bBase->NonVirtual();
    bBase->Virtual();
    bDerived->NonVirtual();
    bDerived->Virtual();
}

这个程序的输出是什么？

Base NonVirtual called.
Base Virtual called.
Base NonVirtual called.
Derived Virtual called.

Derived 覆盖 Base 的每个方法：不仅是虚拟方法，还包括非虚拟方法。

我们看到当你有一个指向派生的基指针 (bDerived) 时，调用 NonVirtual 会调用 Base 类的实现。这是在编译时解决的：编译器看到 bDerived 是 Base*，NonVirtual 不是虚拟的，因此它对 Base 类进行解析。

但是，调用 Virtual 会调用 Derived 类的实现。由于关键字 virtual，方法的选择发生在运行时，而不是编译时。在编译时发生的情况是编译器看到这是一个 Base*，并且它正在调用一个虚方法，因此它插入了对 vtable 的调用而不是类 Base。这个 vtable 在运行时被实例化，因此运行时解析到最派生的覆盖。

我希望这不会太混乱。简而言之，任何方法都可以被覆盖，但只有虚拟方法才能为您提供多态性，即运行时选择最派生的覆盖。然而，在实践中，重写非虚拟方法被认为是不好的做法，并且很少使用，所以很多人（包括撰写该 Wikipedia 文章的人）认为只有虚拟方法可以被重写。

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virtual 关键字使 C++ 能够支持多态性。当您有指向某个类的对象的指针时，例如：

class Animal
{
  public:
    virtual int GetNumberOfLegs() = 0;
};

class Duck : public Animal
{
  public:
     int GetNumberOfLegs() { return 2; }
};

class Horse : public Animal
{
  public:
     int GetNumberOfLegs() { return 4; }
};

void SomeFunction(Animal * pAnimal)
{
  cout << pAnimal->GetNumberOfLegs();
}

在这个（愚蠢的）示例中，GetNumberOfLegs() 函数根据调用它的对象的类返回适当的数字。

现在，考虑函数“SomeFunction”。它不关心传递给它的是什么类型的动物对象，只要它是从 Animal 派生的。编译器会自动将任何 Animal 派生类转换为 Animal，因为它是基类。

如果我们这样做：

Duck d;
SomeFunction(&d);

它会输出'2'。如果我们这样做：

Horse h;
SomeFunction(&h);

它会输出'4'。我们不能这样做：

Animal a;
SomeFunction(&a);

因为 GetNumberOfLegs() 虚函数是纯的，所以它不会编译，这意味着它必须通过派生类（子类）来实现。

纯虚函数主要用于定义：

a) 抽象类

这些是基类，您必须从它们派生，然后实现纯虚函数。

b) 接口

这些是“空”类，其中所有函数都是纯虚拟的，因此您必须派生然后实现所有函数。

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在 C++ 类中，virtual 是指定方法可以被子类覆盖（即由其实现）的关键字。例如：

class Shape 
{
  public:
    Shape();
    virtual ~Shape();

    std::string getName() // not overridable
    {
      return m_name;
    }

    void setName( const std::string& name ) // not overridable
    {
      m_name = name;
    }

  protected:
    virtual void initShape() // overridable
    {
      setName("Generic Shape");
    }

  private:
    std::string m_name;
};

在这种情况下，子类可以覆盖 initShape 函数来做一些专门的工作：

class Square : public Shape
{
  public: 
    Square();
    virtual ~Square();

  protected:
    virtual void initShape() // override the Shape::initShape function
    {
      setName("Square");
    }
}

术语纯虚拟是指需要由子类实现而未由基类实现的虚函数。通过使用 virtual 关键字并在方法声明的末尾添加 =0 将方法指定为纯虚拟方法。

因此，如果您想将 Shape::initShape 设为纯虚拟，您可以执行以下操作：

class Shape 
{
 ...
    virtual void initShape() = 0; // pure virtual method
 ... 
};

通过向您的类添加一个纯虚拟方法，您可以使该类成为 abstract base class，这对于将接口与实现分开非常方便。

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“虚拟”意味着该方法可以在子类中被覆盖，但在基类中具有可直接调用的实现。 “纯虚拟”意味着它是一个没有直接可调用实现的虚拟方法。这样的方法必须在继承层次结构中至少被覆盖一次——如果一个类有任何未实现的虚方法，那么该类的对象就不能被构造并且编译将失败。

@quark 指出纯虚方法可以有一个实现，但是由于纯虚方法必须被覆盖，所以不能直接调用默认实现。这是具有默认值的纯虚拟方法的示例：

#include <cstdio>

class A {
public:
    virtual void Hello() = 0;
};

void A::Hello() {
    printf("A::Hello\n");
}

class B : public A {
public:
    void Hello() {
        printf("B::Hello\n");
        A::Hello();
    }
};

int main() {
    /* Prints:
           B::Hello
           A::Hello
    */
    B b;
    b.Hello();
    return 0;
}

根据评论，编译是否会失败是特定于编译器的。至少在 GCC 4.3.3 中，它不会编译：

class A {
public:
    virtual void Hello() = 0;
};

int main()
{
    A a;
    return 0;
}

输出：

$ g++ -c virt.cpp 
virt.cpp: In function ‘int main()’:
virt.cpp:8: error: cannot declare variable ‘a’ to be of abstract type ‘A’
virt.cpp:1: note:   because the following virtual functions are pure within ‘A’:
virt.cpp:3: note:   virtual void A::Hello()

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虚函数是在基类中声明并由派生类重新定义的成员函数。虚函数是按继承顺序分层的。当派生类不覆盖虚函数时，将使用其基类中定义的函数。

纯虚函数是不包含与基类相关的定义的函数。它在基类中没有实现。任何派生类都必须重写此函数。

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virtual 关键字是如何工作的？

假设 Man 是一个基类， Indian 是从 man 派生的。

Class Man
{
 public: 
   virtual void do_work()
   {}
}

Class Indian : public Man
{
 public: 
   void do_work()
   {}
}

将 do_work() 声明为虚拟只是意味着：调用哪个 do_work() 将仅在运行时确定。

假设我这样做，

Man *man;
man = new Indian();
man->do_work(); // Indian's do work is only called.

如果不使用virtual，则同样由编译器静态确定或静态绑定，具体取决于调用的对象。因此，如果 Man 的一个对象调用 do_work()，即使它指向一个印度对象，也会调用 Man 的 do_work()

我认为投票最多的答案具有误导性 - 任何方法，无论是否 virtual 都可以在派生类中具有覆盖的实现。对于 C++ 的具体引用，正确的区别在于关联函数的运行时（使用 virtual 时）绑定和编译时（未使用 virtual 但方法被覆盖并且基指针指向派生对象时）绑定。

似乎还有另一个误导性的评论说，

“贾斯汀，'纯虚拟'只是一个术语（不是关键字，请参见下面的答案），用于表示“此功能无法由基类实现”。

这是错误的！纯虚函数也可以有实体并且可以实现！事实上，抽象类的纯虚函数可以被静态调用！两位非常优秀的作者是 Bjarne Stroustrup 和 Stan Lippman.... 因为他们编写了语言。

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Simula、C++ 和 C# 默认使用静态方法绑定，程序员可以通过将它们标记为虚拟来指定特定方法应使用动态绑定。动态方法绑定是面向对象编程的核心。

面向对象编程需要三个基本概念：封装、继承和动态方法绑定。

封装允许抽象的实现细节隐藏在一个简单的接口后面。继承允许将新的抽象定义为一些现有抽象的扩展或改进，自动获得其部分或全部特征。动态方法绑定允许新抽象显示其新行为，即使在需要旧抽象的上下文中使用时也是如此。

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虚拟方法可以被派生类覆盖，但需要在基类中实现（将被覆盖的那个）

纯虚方法没有实现基类。它们需要由派生类定义。 （所以技术上覆盖不是正确的术语，因为没有什么可以覆盖的）。

当派生类覆盖基类的方法时，虚拟对应于默认的 java 行为。

纯虚方法对应于抽象类中抽象方法的行为。一个只包含纯虚方法和常量的类将是接口的 cpp-pendant。

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纯虚函数

试试这个代码

#include <iostream>
using namespace std;
class aClassWithPureVirtualFunction
{

public:

    virtual void sayHellow()=0;

};

class anotherClass:aClassWithPureVirtualFunction
{

public:

    void sayHellow()
    {

        cout<<"hellow World";
    }

};
int main()
{
    //aClassWithPureVirtualFunction virtualObject;
    /*
     This not possible to create object of a class that contain pure virtual function
    */
    anotherClass object;
    object.sayHellow();
}

在另一个类中删除函数 sayHellow 并运行代码。你会得到错误！因为当一个类包含一个纯虚函数时，不能从该类创建对象并且它是继承的，那么它的派生类必须实现该函数。

虚函数

尝试另一个代码

#include <iostream>
using namespace std;
class aClassWithPureVirtualFunction
{

public:

    virtual void sayHellow()
    {
        cout<<"from base\n";
    }

};

class anotherClass:public aClassWithPureVirtualFunction
{

public:

    void sayHellow()
    {

        cout<<"from derived \n";
    }

};
int main()
{
    aClassWithPureVirtualFunction *baseObject=new aClassWithPureVirtualFunction;
    baseObject->sayHellow();///call base one

    baseObject=new anotherClass;
    baseObject->sayHellow();////call the derived one!

}

这里 sayHellow 函数在基类中被标记为虚拟。它表示编译器尝试在派生类中搜索函数并实现该函数。如果找不到，则执行基类。谢谢

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“虚函数或虚方法是一种函数或方法，其行为可以在继承类中被具有相同签名的函数覆盖” - 维基百科

这不是对虚函数的一个很好的解释。因为，即使成员不是虚拟的，继承类也可以覆盖它。你可以自己试试看。

当函数将基类作为参数时，差异就会显现出来。当您将继承类作为输入时，该函数使用覆盖函数的基类实现。但是，如果该函数是虚函数，它会使用派生类中实现的函数。

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虚函数必须在基类和派生类中有定义，但不是必需的，例如 ToString() 或 toString() 函数是一个 Virtual，因此您可以通过在用户定义的类中覆盖它来提供自己的实现。

虚函数在普通类中声明和定义。

纯虚函数必须声明以“= 0”结尾，并且只能在抽象类中声明。

具有纯虚函数的抽象类不能具有该纯虚函数的定义，因此这意味着必须在派生自该抽象类的类中提供实现。

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