[C++] 多態性和虛函數

1.爲何須要virtual
按照Java的思惟方式，在有了繼承和向上類型轉換(upcasting)以後，就能夠實現多態性了。可是在C++中彷佛並不能orz。考慮這種狀況：

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class A{
public:
  void f() const{
    cout<<"class A's function"<<endl;
  }
};
class B : public A{
public:
  void f() const{
    cout<<"class B's function"<<endl;
  }
};

int main(){
  B b;
  A *ptr_a = &b;
  A &ref_a = b;
  ptr_a->f();//print: class A's function
  ref_a.f();//print: Class A's function
}

在使用基類指針或引用調用一個派生類對象的函數時，咱們發現程序仍然在調用基類的函數，要想解決這種狀況，就要引入virtual關鍵字，將上面代碼裏的class A修改以下，main中的輸出就變成類B中f()的輸出了。

class A{
public:
  virtual void f() const{
    cout<<"class A's function"<<endl;
  }
};

那麼爲何Java不須要呢？由於virtual關鍵字實現功能的同時，會增長該類一些操做的時間和空間佔用，C++將這部分佔用的優化決定權交給了程序員，以實現可能的效率提升；而Java內置了virtual的機制，沒有提升效率的選擇，可是簡化了編程。(關於virtual的具體機制，建議參考Thinking in C++)

有兩點須要注意的：
第1、當使用基類指針指向派生類時，沒法經過基類指針直接調用派生類中增長的函數（基類中沒有同名虛函數），除非將基類指針強制類型轉換爲派生類指針。
第2、只能經過基類指針或者引用來調用派生類對象，若是咱們將一個派生類對象經過值傳遞的方式傳遞給基類對象，這個對象被真的切成一個基類對象，而不具備任何派生類的內容。

2.純虛函數和抽象類
在類設計時，經常但願基類僅僅做爲派生類的一個接口，被繼承實現，而不會去建立基類對象，這時，能夠在基類中定義純虛函數，使其成爲一個抽象類。定義純虛函數語法是在一個虛函數聲名的基礎上，加上=0。例如：virtual void f() = 0;
注意：當繼承一個抽象類時，必須實現其全部的純虛函數，不然繼承出的類也是一個抽象類。

通常狀況下，在基類中咱們不會對純虛函數進行實現，可是C++提供了實現純虛函數的機制，這種方法可讓咱們定義一段公共代碼，使派生類能夠公用。

class A{
public:
  virtual void do() = 0; 
};
/*
*純虛函數不能做爲inline函數實現，要放在類外！
*/
void A::do(){
  //一些公共代碼
}
class B : public A{
public:
  void do() {
    A::do();
    //其餘代碼
  }
};

3.構造函數與虛函數
如上文所說，定義一個虛函數時，須要作一些額外的工做，完成這些工做的代碼其實被祕密插入到類構造函數的開頭部分。那麼就有一個問題，若是咱們在構造函數中調用虛函數會發生什麼現象？答案是，會調用這個虛函數的本地版本，即虛函數機制在構造函數中不工做。
另外，構造函數也不能被定義爲虛函數。
4.虛析構函數與純虛析構函數
構造函數不能被定義爲虛函數，而析構函數能夠，而且常常被定義爲虛函數。

#include<iostream>
using namespace std;

class Base1{
public:
  ~Base1(){cout<<"~Base1()"<<endl;}
};
class Base2{
public:
  virtual ~Base2(){cout<<"~Base2()"<<endl;}
};
class Derived1 : public Base1{
public:
  ~Derived1(){cout<<"~Derived1()"<<endl;}
};
class Derived2 : public Base2{
public:
  ~Derived2(){cout<<"~Derived2()"<<endl;}
};

int main(){
  Base1* pd1 = new Derived1();
  Base2* pd2 = new Derived2();
  delete pd1;
  delete pd2;
}

上面代碼的控制檯輸出：
~Base1()
~Derived2()
~Base2()
上面的代碼暴露出在使用多態性時，不把析構函數定義成虛函數所帶來的影響。這種錯誤不會馬上使程序崩潰，可是它不知不覺中使內存泄漏。

純虛析構函數的應用
在一些時候，咱們須要定義一個抽象類，可是恰好沒有其餘純虛函數，這時候咱們不妨將析構函數定義爲純虛的，由於做爲基類的析構函數原本就要求爲虛函數，將其進一步定義爲純虛函數並沒有太大不一樣。惟一須要注意的是，定義純虛析構函數時必須爲其提供函數體，以下。

class A{
public:
  virtual ~A() = 0;
};
A::~A(){ }

class B:public A{
//不必定須要重定義析構函數，根據須要
}

還要注意一點，在析構函數中，虛機制也是不存在的，可經過下面的代碼體會。

#include<iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
  virtual ~Base(){cout<<"~Base()"<<endl;f();}
  virtual void f(){cout<<"Base::f()"<<endl;}
};
class Derived : public Base{
public:
  ~Derived(){cout<<"~Derived()"<<endl;}
  void f(){cout<<"Derived::f()"<<endl;}
};

int main(){
  Base * pb = new Derived();
  delete pb;
}

控制檯輸出爲：~Derived()~Base()Base::f()