初学者刚接触C++语言中的 virtual 函数(虚函数)时,常常会感觉到迷惑,比如,书上说虚函数定义在基类中,其他继承此基类的派生类都可以重写该虚函数,因此虚函数是C++语言多态特性中非常重要的概念。但是派生类也可以重写基类中的其他的常规函数(非虚函数)呀,那为什么还要引入虚函数这样看起来很复杂的概念呢?
为什么要引入虚函数?
“猫吃老鼠”
本文不打算从理论上探讨C++语言引入虚函数的原因,那样太枯燥乏味了,我们先来看一个例子,直观上感觉下常规(非虚)函数在面向对象编程中的局限性,请看:
class Animal{public: void eat() { std::cout << "I'm eating generic food." }};class Cat : public Animal{public: void eat() { std::cout << "I'm eating a rat."; }};
定义了Animal(动物)和Cat(猫)两个类
上面这段C++语言代码定义了Animal(动物)和Cat(猫)两个类,其中Cat继承了Animal(猫显然是动物),我们可以在 main() 函数中使用这两个类:
Animal *animal = new Animal;Cat *cat = new Cat;animal->eat(); // 输出: "I'm eating generic food."cat->eat(); // 输出: "I'm eating a rat."
到这里一切都挺好的,动物吃食物,猫吃老鼠,即使不使用virtual关键字定义虚函数也完全没有问题。
现在我们稍稍修改下这段C++语言代码,引入另外一个函数func()(暂时不考虑实用性,仅做示例),它的代码如下,请看:
void func(Animal *xyz){ xyz->eat();}
现在我们在 main() 函数中调用 func() 函数,相关的C++语言代码示例如下,请看:
Animal *animal = new Animal;Cat *cat = new Cat;func(animal); // 输出: "I'm eating generic food."func(cat); // 输出: "I'm eating generic food."
出问题了~请注意第二个 func() 函数调用,我们传递了一个Cat对象指针给它,但是输出的却不是“I'm eating a rat.”!仔细观察一下,发现 func() 函数的参数类型是Animal *xyz,那么为了让 func() 函数也能输出“I'm eating a rat.”,只能重载 func() 函数了:
void func(Animal *xyz){ xyz->eat();}void func(Cat *xyz){ xyz->eat();}
现在 func() 函数能够根据输入参数类型的不同,输出不同的内容了。可是问题来了,Animal(动物)是一个基类,它能派生出的动物远远不止Cat(猫)一种,若是派生出许多派生类,每个派生类都重载一遍 func() 函数,是不是太麻烦了?
太麻烦了
神奇的虚函数
在C++语言中,重写基类中的常规(非虚)函数当然是可以的,但是从上面的例子可以看出,重写常规函数实现多态有时会带来非常麻烦的问题,要避免这样的问题可以使用 virtual function(虚函数)。现在,我们在 Animal 基类的 eat() 成员函数前加上virtual关键字:
class Animal{public: virtual void eat() { std::cout << "I'm eating generic food." }};class Cat : public Animal{public: void eat() { std::cout << "I'm eating a rat."; }};
加上virtual关键字
此时无需重载 func() 函数,仅保留一份 func() 函数:
void func(Animal *xyz){ xyz->eat();}
再执行下面的C++语言代码,输出就不同了:
func(animal); // 输出: "I'm eating generic food."func(cat); // 输出: "I'm eating a rat."
看来,C++语言中的虚函数的确有些过人之处,有必要好好了解一下它。
事实上,每一个C++程序员都不可能避开虚函数的,就像每一个C语言程序员都不可能避开指针一样。
再总结下“什么是虚函数”
理论是少不了的,它可以加深和尽可能全面的帮助我们理解概念。基类中的虚函数允许派生类重写功能,编译器会保证派生类对象使用的是自己重写的功能,即使对象是通过基类指针访问的,例如前文中的 func(Animal *xyz) 函数,func(cat) 输出的实际上是 Cat 类重写的功能。这是一个非常有用的特性,调用者甚至都不需要知道 Cat 等派生类的实现,因为只需使用基类 Animal 指针就能够轻易的调用所有派生类的重写功能。
基类的虚函数可以完全被重写,也可以部分的被重写,所谓的“部分被重写”,其实就是派生类在重写基类虚函数时,也可以调用基类虚函数的功能。