C++之普通成員函數、虛函數以及純虛函數的區別與用法要點

2020-01-26 15:01:32

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普通成員函數是靜態編譯的，沒有運行時多態，只會根據指針或引用的“字面值”類對象，調用自己的普通函數；虛函數為了重載和多態的需要，在基類中定義的，即便定義為空；純虛函數是在基類中聲明的虛函數，它可以再基類中有定義，且派生類必須定義自己的實現方法。

假設我們有三個類Person、Teacher、Student它們之間的關系如下：

這里寫圖片描述
類的關系圖

普通成員函數

【Demo1】
根據這個類圖，我們有下面的代碼實現

#ifndef __OBJEDT_H__#define __OBJEDT_H__#include <string>#include <iostream>class Person{public: Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) { } void ShowInfo() { cout << "姓名：" << m_name << endl; cout << "年齡：" << m_age << endl; }protected: string m_name; //姓名 int m_age; //年齡};class Teacher : public Person{public: Teacher(const string& name, int age, const string& title) : Person(name, age), m_title(title) { } void ShowInfo() { cout << "姓名：" << m_name << endl; cout << "年齡：" << m_age << endl; cout << "職稱：" << m_title << endl; }private: string m_title; //職稱};class Student : public Person{public: Student(const string& name, int age, int studyId) : Person(name, age), m_studyId(studyId) { } void ShowInfo() { cout << "姓名：" << m_name << endl; cout << "年齡：" << m_age << endl; cout << "學號：" << m_studyId << endl; }private: int m_studyId;  //學號};#endif //__OBJEDT_H__

測試代碼：

void test(){ Person* pPerson = new Person("張三", 22); Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); pPerson->ShowInfo(); cout << endl; pTeacher->ShowInfo(); cout << endl; pStudent->ShowInfo(); cout << endl; delete pPerson; delete pTeacher; delete pStudent;}

結果：

姓名：張三
年齡：22

姓名：李四
年齡：35
職稱：副教授

姓名：王五
年齡：18
學號：20151653
說明：
這里的ShowInfo就是一個普通的函數。pPerson、pTeacher和pStudent三個對象調用ShowInfo分別展示自己的信息。
我們知道：父類的指針是可以指向子類的對象的。我們把上面的測試代碼稍微改一下：
【Demo2】

void test(){ Person* pPerson = new Person("張三", 22); Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); pPerson->ShowInfo(); cout << endl; pTeacher->ShowInfo(); cout << endl; pStudent->ShowInfo(); cout << endl; delete pPerson; delete pTeacher; delete pStudent;}

結果：

姓名：張三
年齡：22

姓名：李四
年齡：35

姓名：王五
年齡：18
這時，pTeacher和pStudent只輸出了姓名和年齡，并沒有輸出子類所具有的特性(職稱和學號)。這應該不是你期望的結果，你可能期望pTeacher和pStudent輸出老師和學生的完整信息，這時就需要用虛函數。

虛函數

我們把Person中的ShowInfo成員改成虛函數(在前面加上virtual)，代碼如下：
【Demo3】

class Person{public: Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) { } virtual void ShowInfo() { cout << "姓名：" << m_name << endl; cout << "年齡：" << m_age << endl; }protected: string m_name; //姓名 int m_age; //年齡};

在執行上面【Demo2】中的測試代碼，得到我們想到的結果：

姓名：張三
年齡：22

姓名：李四
年齡：35
職稱：副教授

姓名：王五
年齡：18
學號：20151653
虛函數用法要點：

虛函數的聲明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 參數列表);
虛函數作用：現實C++中的多態，進行動態綁定(父類指針可指向子類的對象)，直到運行時才知道要調用哪個版本(哪個類定義)的函數；
我們必要對虛函數進行定義；
一旦父類的成員函數聲明virtual，其子類的函數不管有沒有聲明為virtual，都是虛函數；
如果虛函數使用默認實參，父類和子類定義的默認實參最好一致。

【Demo4】:針對第4點說明：

class Person{public: Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) { } virtual void ShowInfo() { cout << "姓名：" << m_name << endl; cout << "年齡：" << m_age << endl; } string GetName(); //正確，普通函數如果不被使用，可以只有聲明沒有定義 virtual int GetAge(); //錯誤，虛函數必須要有定義，即使是一個空實現,因為編譯器無法確定會使用哪個函數protected: string m_name; //姓名 int m_age; //年齡};

【Demo5】:針對第5點進行說明：
設計我們的類如下定義。

class Person{public: virtual void SetAge(int age = 0) { m_age = age; } //... 省略};class Teacher : public Person{public: virtual void SetAge(int age = 1) { m_age = age; } //... 省略};class Student : public Person{public: virtual void SetAge(int age = 2) { m_age = age; } //... 省略};

測試1：

void test(){ Person* pPerson = new Person("張三", 22); Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); pPerson->SetAge(); pTeacher->SetAge(); pStudent->SetAge(); pPerson->ShowInfo(); cout << endl; pTeacher->ShowInfo(); cout << endl; pStudent->ShowInfo(); cout << endl; delete pPerson; delete pTeacher; delete pStudent;}

結果：

姓名：張三
年齡：0

姓名：李四
年齡：1
職稱：副教授

姓名：王五
年齡：2
學號：20151653
測試2：

void test(){ Person* pPerson = new Person("張三", 22); Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); pPerson->SetAge(); pTeacher->SetAge(); pStudent->SetAge(); pPerson->ShowInfo(); cout << endl; pTeacher->ShowInfo(); cout << endl; pStudent->ShowInfo(); cout << endl; delete pPerson; delete pTeacher; delete pStudent;}

結果：

姓名：張三
年齡：0

姓名：李四
年齡：0
職稱：副教授

姓名：王五
年齡：0
學號：20151653
純虛函數

在上面的例子中，我們假設所有的人都要工作，但不同的人工作的方式不同。于是我們就要強制要求繼承自Person的子類都要有工作的方法，這就需要純虛函數。定義如下：
【Demo6】

class Person{public: //... 省略 virtual void DoWork() = 0; //... 省略};

但此時我們編譯

Person* pPerson = new Person("張三", 22);

這句話時會報錯:error C2259: ‘Person' : cannot instantiate abstract class
這是因為我們并沒有為Person實現DoWork方法，而包含純虛函數的類是一個抽象的類，抽象類不能被實例化。

于是我們在子類中對它實現如下：
【Demo7】

class Teacher : public Person{public: //... 省略 virtual void DoWork() { cout << "教書..." << endl; } //... 省略};class Student : public Person{public: //... 省略 virtual void DoWork() { cout << "學習..." << endl; } //... 省略};

沒用DoWork方法:

void test(){ Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); pTeacher->DoWork(); cout << endl; pStudent->DoWork(); cout << endl; delete pTeacher; delete pStudent;}

結果：

教書…

學習…
純虛函數用法要點：