虛函數是指針還是c語言（C語言中的虛函數）

2023-09-14 23:04:34 4

上一節較為詳細的討論了C 語言中基類被派生類繼承過程中的內存模型，尤其較為詳細的分析了虛函數及其虛表、虛表指針在內存中是如何分布，如何存儲的，這對於理解C 語言中的「動態綁定」是極有幫助的。

對於理解C 語言中的「動態綁定」是極有幫助的

正如之前兩篇文章所討論的，C 語言中虛函數的「動態綁定」能為多態的實現帶來極大的便利——「動態綁定」機制是在程序運行時根據指針所指向對象的類型（而不是指針本身類型）決定被調用的成員函數，因此在C 語言程序開發中，使用基類指針就可以調用其所有派生類的成員函數。可見，C 語言中的虛函數其實就是為了提升程式設計師開發的便利設計的。事實上，為了充分利用這種設計帶來的便利性，C 語言中還有著「純虛函數」的概念。

所謂「純虛函數」，其實就是沒有具體實現的虛函數，通常定義在基類中提供類似於「接口」的功能。因為沒有具體實現，也即該函數沒有具體功能，擁有純虛函數的基類通常被稱作「抽象類」，所以抽象類無法實例化對象，一般只能作為基類被其他派生類繼承使用。繼承了抽象基類的派生類必須重寫所有的純虛函數，也即為類提供具體的功能，才能實例化對象使用。

在C 語言中，只要某個類有純虛函數，或者繼承了抽象類而沒有重寫所有純虛函數，那麼該類就是「抽象類」，無法實例化對象。

在C 語言中，在類中定義純虛函數是非常簡單的，只需在函數後使用=0就可以了，例如下面這段示例代碼：

class Base { public: void f1{...} // 非虛函數 virtual void f2{...} // 虛函數，但是不純 virtual void f3 = 0; // 純虛函數};Base b; // 非法，純虛函數 f3 沒有具體實現（功能）

上面的 Base 就是一個抽象類（因為它有一個純虛函數 f3），所以無法直接使用 Base 實例化對象。正如前文所說，抽象類通常是作為基類使用的，例如下面這段C 語言代碼示例：

class Derived : public Base { // 沒有 f1，沒問題 // 沒有 f2，沒問題 void f3{...} // 重寫 f3};Derived d; // 合法， Derived::f3 重寫了 Base::f3

Derived 類繼承了抽象基類 Base，並且重寫了純虛函數 Base::f3，因此 Derived 類可以實例化對象 d 使用。注意到派生類 Derived 重寫 f3 時並未顯式的使用 virtual 關鍵字，這是沒有問題的，只要保證函數名、參數、返回值都與基類 Base 中的純虛函數一致，編譯器會自動將其識別為虛函數的。

因為派生類 Derived 重寫了基類 Base 中的純虛函數，因此它不再是抽象類，其他繼承 Derived 的派生類也不再是抽象類，除非這些派生類定義了自己的純虛函數。

純虛函數也可以有功能

純虛函數也可以有功能

基類中的純虛函數也可以像其他普通函數那樣提供一些通用的功能，例如：

void Base::f3{ cout<< "ok\n";}

但是要注意，即使純虛函數 f3 有自己的功能，基類 Base 仍然是抽象類，還是不能夠實例化對象，它的派生類必須重寫 f3，否則該派生類也是抽象類，只不過派生類在重寫 f3 時，可以調用 Base::f3，例如下面這段C 語言代碼示例：

void Derived::f3 { ... Base::f3;}

純虛函數非常有用

純虛函數可以提供抽象類的功能，抽象類則通常提供統一接口的功能，強迫繼承它的派生類各自實現符合自己特點的具體功能，並且一定要有這樣的功能，這對於設計和架構非常有用。例如，設計師設計了一個漢語翻譯程序，他定義了一個基類，該基類中有兩個純虛函數：

class Base { public: virtual string translate_to(string raw) = 0; virtual string translate_from(string raw) = 0; void help { ... };};

其中 translate_to 函數負責將其他外語翻譯為漢語，translate_from 函數負責將漢語翻譯為其他外語，因為暫時還不知道具體要實現哪種外語與漢語的翻譯，因此這兩個函數都是純虛函數。在接下來的C 語言程序開發中，各種子外語都需要繼承 Base，也即必須提供各自的翻譯實現，設計師的基本功能要求就成了必須完成的任務。從上面的這個例子可以看出，藉助於C 語言的純虛函數機制，設計師無需再提供詳細的功能實現，僅需設計出基本功能要求就可以了。至於非虛函數 Base::help 函數則可以提供通用的功能，比如輸出此程序的幫助信息。

小結

稍稍思考下，應該能夠發現C 語言中的純虛函數其實提供了一種「強制」功能——純虛函數必須被具體實現，才能夠實例化對象使用，從文章末尾的例子能夠看出這非常有用。這麼看來，C 語言中的純虛函數倒有些類似於「必須實現的接口」了，的確如此，實際上在實際的C 語言程序開發中，如果某個抽象類沒有成員變量，它的所有函數均為純虛函數，那麼它就是一組函數接口。

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