虚函数与多态

如果我们有三个类Person、Teacher、Student它们之间的关系例如以下：



类的关系图

普通成员函数

【Demo1】

依据这个类图，我们有以下的代码实现

#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__

測试代码：

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：



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：父类的指针是能够指向子类的对象的。我们把以上測试代码略微改一下：

【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：



这时。pTeacher和pStudent仅仅输出了姓名和年龄，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，这时就须要用虚函数。

虚函数

我们把Person中的ShowInfo成员改成虚函数(在前面加上virtual)，代码例如以下：

【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】中的測试代码，得到我们想到的结果：

虚函数使用方法要点：

虚函数的声明方式：

virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 參数列表);

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)，直到执行时才知道要调用哪个版本号(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，其子类的函数无论有没有声明为virtual，都是虚函数。

如果虚函数使用默认实參，父类和子类定义的默认实參最好一致。

【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，能够仅仅有声明未定义
virtual int GetAge();   //错误，虚函数必须要有定义。即使是一个空实现,由于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：

设计我们的类例如以下定义。

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
};

測试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：



測试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：

纯虚函数

在上面的样例中。我们如果全部的人都要工作，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，这就须要纯虚函数。定义例如以下：

【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

这是由于我们并没有为Person实现DoWork方法，而包括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例如以下：

【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：

纯虚函数使用方法要点：

纯虚函数的声明方式：

virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 參数列表) = 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。

包括纯虚函数的抽象类经常使用来当作对外的接口，说明这个类有什么功能，而没有详细的实现，基体的实现交由子类完毕。