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C++之普通成员函数、虚函数以及纯虚函数的区别与用法要点

2020-05-23 14:17:41
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来源：转载
供稿：网友

本篇文章主要介绍了C++中的普通成员函数、虚函数以及纯虚函数,非常的详细，有需要的朋友可以参考下

普通成员函数是静态编译的，没有运行时多态，只会根据指针或引用的“字面值”类对象，调用自己的普通函数;虚函数为了重载和多态的需要，在基类中定义的，即便定义为空;纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它可以再基类中有定义，且派生类必须定义自己的实现方法。

假设我们有三个类Person、Teacher、Student它们之间的关系如下：

C++之普通成员函数、虚函数以及纯虚函数的区别与用法要点

类的关系图

普通成员函数

【Demo1】

根据这个类图，我们有下面的代码实现

 

 
  1. #ifndef __OBJEDT_H__ 
  2. #define __OBJEDT_H__ 
  3.  
  4. #include <string> 
  5. #include <iostream> 
  6.  
  7. class Person 
  8. { 
  9. public: 
  10. Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) 
  11. { 
  12. } 
  13.  
  14. void ShowInfo() 
  15. { 
  16. cout << "姓名：" << m_name << endl; 
  17. cout << "年龄：" << m_age << endl; 
  18. } 
  19.  
  20. protected: 
  21. string m_name; //姓名 
  22. int m_age; //年龄 
  23. }; 
  24.  
  25.  
  26. class Teacher : public Person 
  27. { 
  28. public: 
  29. Teacher(const string& name, int age, const string& title) 
  30. : Person(name, age), m_title(title) 
  31. { 
  32. } 
  33.  
  34. void ShowInfo() 
  35. { 
  36. cout << "姓名：" << m_name << endl; 
  37. cout << "年龄：" << m_age << endl; 
  38. cout << "职称：" << m_title << endl; 
  39. } 
  40.  
  41. private: 
  42. string m_title; //职称 
  43. }; 
  44.  
  45. class Student : public Person 
  46. { 
  47. public: 
  48. Student(const string& name, int age, int studyId) 
  49. : Person(name, age), m_studyId(studyId) 
  50. { 
  51. } 
  52.  
  53. void ShowInfo() 
  54. { 
  55. cout << "姓名：" << m_name << endl; 
  56. cout << "年龄：" << m_age << endl; 
  57. cout << "学号：" << m_studyId << endl; 
  58. } 
  59.  
  60. private: 
  61. int m_studyId; //学号 
  62. }; 
  63.  
  64. #endif //__OBJEDT_H__ 

测试代码：

 

 
  1. void test() 
  2. { 
  3. Person* pPerson = new Person("张三", 22); 
  4. Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); 
  5. Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); 
  6. pPerson->ShowInfo(); 
  7. cout << endl; 
  8. pTeacher->ShowInfo(); 
  9. cout << endl; 
  10. pStudent->ShowInfo(); 
  11. cout << endl; 
  12. delete pPerson; 
  13. delete pTeacher; 
  14. delete pStudent; 
  15. } 

结果：

姓名：张三

年龄：22

姓名：李四

年龄：35

职称：副教授

姓名：王五

年龄：18

学号：20151653

说明：

这里的ShowInfo就是一个普通的函数。pPerson、pTeacher和pStudent三个对象调用ShowInfo分别展示自己的信息。

我们知道：父类的指针是可以指向子类的对象的。我们把上面的测试代码稍微改一下：

【Demo2】

 

 
  1. void test() 
  2. { 
  3. Person* pPerson = new Person("张三", 22); 
  4. Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); 
  5. Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); 
  6. pPerson->ShowInfo(); 
  7. cout << endl; 
  8. pTeacher->ShowInfo(); 
  9. cout << endl; 
  10. pStudent->ShowInfo(); 
  11. cout << endl; 
  12. delete pPerson; 
  13. delete pTeacher; 
  14. delete pStudent; 
  15. } 

结果：

姓名：张三

年龄：22

姓名：李四

年龄：35

姓名：王五

年龄：18

这时，pTeacher和pStudent只输出了姓名和年龄，并没有输出子类所具有的特性(职称和学号)。这应该不是你期望的结果，你可能期望pTeacher和pStudent输出老师和学生的完整信息，这时就需要用虚函数。

虚函数

我们把Person中的ShowInfo成员改成虚函数(在前面加上virtual)，代码如下：

【Demo3】

 

 
  1. class Person 
  2. { 
  3. public: 
  4. Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) 
  5. { 
  6. } 
  7.  
  8. virtual void ShowInfo() 
  9. { 
  10. cout << "姓名：" << m_name << endl; 
  11. cout << "年龄：" << m_age << endl; 
  12. } 
  13.  
  14. protected: 
  15. string m_name; //姓名 
  16. int m_age; //年龄 
  17. }; 

在执行上面【Demo2】中的测试代码，得到我们想到的结果：

姓名：张三

年龄：22

姓名：李四

年龄：35

职称：副教授

姓名：王五

年龄：18

学号：20151653

虚函数用法要点：

虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表);

虚函数作用：现实C++中的多态，进行动态绑定(父类指针可指向子类的对象)，直到运行时才知道要调用哪个版本(哪个类定义)的函数;

我们必要对虚函数进行定义;

一旦父类的成员函数声明virtual，其子类的函数不管有没有声明为virtual，都是虚函数;

如果虚函数使用默认实参，父类和子类定义的默认实参最好一致。

【Demo4】:针对第4点说明：

 

 
  1. class Person 
  2. { 
  3. public: 
  4. Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age) 
  5. { 
  6. } 
  7.  
  8. virtual void ShowInfo() 
  9. { 
  10. cout << "姓名：" << m_name << endl; 
  11. cout << "年龄：" << m_age << endl; 
  12. } 
  13.  
  14. string GetName(); //正确，普通函数如果不被使用，可以只有声明没有定义 
  15. virtual int GetAge(); //错误，虚函数必须要有定义，即使是一个空实现,因为编译器无法确定会使用哪个函数 
  16.  
  17.  
  18. protected: 
  19. string m_name; //姓名 
  20. int m_age; //年龄 
  21. }; 

【Demo5】:针对第5点进行说明：

设计我们的类如下定义。

 

 
  1. class Person 
  2. { 
  3. public: 
  4. virtual void SetAge(int age = 0) 
  5. { 
  6. m_age = age; 
  7. } 
  8. //... 省略 
  9. }; 
  10.  
  11.  
  12. class Teacher : public Person 
  13. { 
  14. public: 
  15. virtual void SetAge(int age = 1) 
  16. { 
  17. m_age = age; 
  18. } 
  19.  
  20. //... 省略 
  21. }; 
  22.  
  23. class Student : public Person 
  24. { 
  25. public: 
  26. virtual void SetAge(int age = 2) 
  27. { 
  28. m_age = age; 
  29. } 
  30.  
  31. //... 省略 
  32. }; 

测试1：

 

 
  1. void test() 
  2. { 
  3. Person* pPerson = new Person("张三", 22); 
  4. Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); 
  5. Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); 
  6. pPerson->SetAge(); 
  7. pTeacher->SetAge(); 
  8. pStudent->SetAge(); 
  9.  
  10. pPerson->ShowInfo(); 
  11. cout << endl; 
  12. pTeacher->ShowInfo(); 
  13. cout << endl; 
  14. pStudent->ShowInfo(); 
  15. cout << endl; 
  16. delete pPerson; 
  17. delete pTeacher; 
  18. delete pStudent; 
  19. } 

结果：

姓名：张三

年龄：0

姓名：李四

年龄：1

职称：副教授

姓名：王五

年龄：2

学号：20151653

测试2：

 

 
  1. void test() 
  2. { 
  3. Person* pPerson = new Person("张三", 22); 
  4. Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); 
  5. Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); 
  6. pPerson->SetAge(); 
  7. pTeacher->SetAge(); 
  8. pStudent->SetAge(); 
  9.  
  10. pPerson->ShowInfo(); 
  11. cout << endl; 
  12. pTeacher->ShowInfo(); 
  13. cout << endl; 
  14. pStudent->ShowInfo(); 
  15. cout << endl; 
  16. delete pPerson; 
  17. delete pTeacher; 
  18. delete pStudent; 
  19. } 

结果：

姓名：张三

年龄：0

姓名：李四

年龄：0

职称：副教授

姓名：王五

年龄：0

学号：20151653

纯虚函数

在上面的例子中，我们假设所有的人都要工作，但不同的人工作的方式不同。于是我们就要强制要求继承自Person的子类都要有工作的方法，这就需要纯虚函数。定义如下：

【Demo6】

 

 
  1. class Person 
  2. { 
  3. public: 
  4. //... 省略 
  5. virtual void DoWork() = 0; 
  6. //... 省略 
  7. }; 

但此时我们编译

 

 
  1. Person* pPerson = new Person("张三", 22); 

这句话时会报错:error C2259: ‘Person' : cannot instantiate abstract class

这是因为我们并没有为Person实现DoWork方法，而包含纯虚函数的类是一个抽象的类，抽象类不能被实例化。

于是我们在子类中对它实现如下：

【Demo7】

 

 
  1. class Teacher : public Person 
  2. { 
  3. public: 
  4. //... 省略 
  5. virtual void DoWork() 
  6. { 
  7. cout << "教书..." << endl; 
  8. } 
  9. //... 省略 
  10. }; 
  11.  
  12. class Student : public Person 
  13. { 
  14. public: 
  15. //... 省略 
  16. virtual void DoWork() 
  17. { 
  18. cout << "学习..." << endl; 
  19. } 
  20. //... 省略 
  21. }; 

没用DoWork方法:

 

 
  1. void test() 
  2. { 
  3. Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授"); 
  4. Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653); 
  5.  
  6. pTeacher->DoWork(); 
  7. cout << endl; 
  8. pStudent->DoWork(); 
  9. cout << endl; 
  10.  
  11. delete pTeacher; 
  12. delete pStudent; 
  13. } 

结果：

教书…

学习…

纯虚函数用法要点：

纯虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表) = 0;

含有纯虚函数的类是一个抽象的类，抽象类不能被实例化。

包含纯虚函数的抽象类常用来当作对外的接口，说明这个类有什么功能，而没有具体的实现，基体的实现交由子类完成。

通过以上对普通成员函数、虚函数以及纯虚函数的介绍，希望可以对大家有所帮助。

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