C++ 虚函数

1、什么是虚函数

C++ 对象有三大特性：继承、封装、多态；虚函数就是实现多态的一种方式。

虚函数是指加了 virtual 修饰词的类的成员函数，但 virtual 关键字并非强制必须要有的。

对于某些函数，当基类希望派生类重新定义合适自己的版本时，基类就把这些函数声明为虚函数。

注意：virtual 关键字只能出现在类内部的函数声明中，不能用于类外部的函数定义。

2、虚函数与非虚函数的区别

在 C++ 中，基类必须将它的两种成员函数区分开：

• 基类希望直接继承给派生类而不需要改写的函数。静态绑定，即解析过程发生在编译而非运行时
• 基类希望派生类进行覆盖的函数：定义为虚函数。动态绑定，即根据对象类型不同，调用该虚函数时可能执行基类的版本，也可能执行某个派生类的版本；因此需要在程序运行时确定。

3、派生类中的虚函数

由于只有在程序运行时才知道调用哪个版本的虚函数，因此所有虚函数都必须有定义，就是不使用虚函数，也必须定义它。

基类定义的虚函数在所有派生类中都是虚函数

C++11 允许派生类使用 override 关键字显式地注明哪个成员函数是改写的基类的虚函数，代码示例如下：

class Animal {
	virtual void makeSound() {
		std::cout << "Animal makes a sound." << std::endl;
	}
};

class Dog :public Animal {
	void makeSound() override {
		std::cout << "Dog makes a sound." << std::endl;
	}
};

完整代码示例如下：

#include <iostream>
class Animal {
private:
	int nums;
public:
	Animal() = default;
	Animal(int nums_) : nums(nums_) {};
	virtual void printNum() {
		std::cout << "The number of animals is: " << nums << std::endl;
	}
};


class Dog :public Animal {
private:
	int nums;
public:
	Dog() = default;
	Dog(int nums_) : nums(nums_) {};
	void printNum() override {
		std::cout << "The number of dog is: " << nums << std::endl;
	}
};


int main(){
	Animal animal(100);
	animal.printNum();   // The number of animals is: 100
	Dog dog(5);
	dog.printNum();      // The number of dog is: 5
	return 0;
}

4、构造/析构函数可以是虚函数吗？

构造函数不能是虚函数，析构函数可以是虚函数且最好设置为虚函数

1. 构造函数不可以是虚函数
   构造函数是在创建对象时执行的，而虚函数是程序运行时执行的；也就是说在创建对象时虚函数还没确定用那个版本呢，所以构造函数不可以是虚函数。

2. 析构函数可以是虚函数且最好写成虚函数
   如果析构函数不是虚函数，则容易造成内存泄露。原因为：
   若有父类指针指向子类对象存在，需要析构的是子类对象；但父类析构函数不是虚函数，则只析构了父类，造成子类对象没有及时释放，引起内存泄漏。

5、 纯虚函数

5.1 纯虚函数的定义

虚函数与纯虚函数的区别如下：

虚函数：子类可以（也可以不）重新定义基类的虚函数，在基类中定义为 virtual void func() {}
纯虚函数：子类必须提供纯虚函数的个性化实现，在基类中定义为 virtual void func() = 0 {} 或 virtual void func() const = 0 {}
以下是一个纯虚函数的简单定义（声明）：

class Animal {
public:
	virtual void makeSound() = 0 {}
};

5.2 纯虚函数的特定

1. 含有纯虚函数的类称为抽象类，抽象类不能被实例化。
   与纯虚函数不同的是，包含虚函数的类可以被实例化。

如下面的代码中对 Animal 抽象类的实例化会编译报错。

#include <iostream>

class Animal {
	// 这里的 = 0 没有任何实际意义，只起形式上的作用，告诉编译系统"这是纯虚函数"
	virtual void makeSound() = 0{}
};

int main(){
	Animal animal();   // 报错：不能实例化抽象类
	return 0;
}

2. 纯虚函数只需要声明，不需要定义。
   因为纯虚函数一定会被重新定义 ，所以在基类中声明即可，不需要定义。

6、父类指针指向子类对象的问题

父类指针指向子类实例对象，对于普通重写函数时，会调用父类中的函数。而调用被子类重写虚函数时，会调用子类中的函数。
这是因为子类中被重写的虚函数的运行方式是动态绑定的，与当前指向类实例的父类指针类型无关，仅和类实例对象本身有关。

1. 静态绑定发生在编译期，动态绑定发生在运行期；
2. 对象的动态类型可以更改，但是静态类型无法更改；
3. 在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定，其他的全部是静态绑定（成员变量也是静态绑定）；

 //对象的动态类型可以更改，但是静态类型无法更改；
class A{
public:
    void func_a();
    virtual void func_b();
    int n;
}

class B : public A{
public:
    void func_a();
    virtual void func_b();
    int n;
}

class C : public A{
public:
    void func_a();
    virtual void func_b();
    int n;
}

B* b = new B()；
C* c = new C();
A* a = b;    // 此时，a的静态类型是A*, 动态类型是B*

a->func_a(); // 指向的是基类A的func_a, 因为func_a是普通函数，是静态绑定的
a->func_b(); // 指向B中的func_b, virtual修饰的虚函数，是动态绑定，在运行时确定所属具体的实例
a->n;		 // 指向基类的n，成员变量是静态绑定
a = c;       // 动态类型是可以修改的，此时是C*