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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

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：



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

#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 << "年龄：" << m_age << endl;
 }

protected:
 string m_name; //姓名
 int m_age; //年龄
};


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 << "年龄：" << m_age << endl;
 cout << "职称：" << m_title << endl;
 }

private:
 string m_title; //职称
};

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 << "年龄：" << m_age << endl;
 cout << "学号：" << m_studyId << endl;
 }

private:
 int m_studyId;  //学号
};

#endif //__OBJEDT_H__

测试代码：

void test()
{
 Person* pPerson = new Person("张三", 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;
}

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】

void test()
{
 Person* pPerson = new Person("张三", 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;
}

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】

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 << "年龄：" << m_age << endl;
 }

protected:
 string m_name; //姓名
 int m_age; //年龄
};

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：

  1. 虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表);
  2. 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；
  3. 我们必要对虚函数进行定义；
  4. 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；
  5. 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：

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 << "年龄：" << m_age << endl;
 }

 string GetName(); //正确，普通函数如果不被使用，可以只有声明没有定义
 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


protected:
 string m_name; //姓名
 int m_age; //年龄
};

【Demo5】:针对第5点进行说明：
设计我们的类如下定义。

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
};

测试1：

void test()
{
 Person* pPerson = new Person("张三", 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;
}

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：

void test()
{
 Person* pPerson = new Person("张三", 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;
}

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】

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

但此时我们编译

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】

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

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

没用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;
}

   结果：

    教书…

    学习…
纯虚函数用法要点：

  1. 纯虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表) = 0;
  2. 含有纯虚函数的类是一个抽象的类，抽象类不能被实例化。
  3. 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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