什么是C++虚函数、虚函数的作用和使用方法

在类的继承层次结构中，在不同的层次中可以出现名字相同、参数个数和类型都相同而功能不同的函数。编译系统按照同名覆盖的原则决定调用的对象。

在例12.1程序中用cy1.area( )调用的是派生类Cylinder中的成员函数area。如果想调用cy1中的直接基类Circle的area函数，应当表示为:cy1.Circle::area( )。用这种方法来区分两个同名的函数。

但是这样做很不方便。人们提出这样的设想，能否用同一个调用形式，既能调用派生类又能调用基类的同名函数。在程序中不是通过不同的对象名去调用不同派生层次中的同名函数，而是通过指针调用它们。

例如，用同一个语句“pt->display( );”可以调用不同派生层次中的display函数，只需在调用前给指针变量pt赋以不同的值(使之指向不同的类对象)即可。C++中的虚函数就是用来解决这个问题的。

虚函数的作用是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

请分析例12.2。这个例子开始时没有使用虚函数，然后再讨论使用虚函数的情况。

例12.2 基类与派生类中有同名函数。在下面的程序中Student是基类，Graduate是派生类，它们都有display这个同名的函数。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
//声明基类Student
class Student
{
   public:Student(int, string,float);//声明构造函数void display( );//声明输出函数
   protected ://受保护成员，派生类可以访问
   int num;
   string name;
   float score;
};
//Student类成员函数的实现
Student::Student(int n, string nam,float s)//定义构造函数{num=n;name=nam;score=s;}
void Student::display( )//定义输出函数{cout<<″num:″<<num<<″\\nname:″<<name<<″\\nscore:″<<score<<″\\n\\n″;}
//声明公用派生类Graduate
class Graduate:public Student
{
   public:Graduate(int, string, float, float);//声明构造函数void display( );//声明输出函数
   private:float pay;
};
// Graduate类成员函数的实现
void Graduate::display( )//定义输出函数{cout<<″num:″<<num<<″\\nname:″<<name<<″\\nscore:″<<score<<″\\npay=″<<pay<<endl;}
Graduate::Graduate(int n, string nam,float s,float p):Student(n,nam,s),pay(p){}
//主函数
int main()
{
   Student stud1(1001,″Li″,87.5);//定义Student类对象stud1
   Graduate grad1(2001,″Wang″,98.5,563.5);//定义Graduate类对象grad1
   Student *pt=&stud1;//定义指向基类对象的指针变量pt
   pt->display( );
   pt=&grad1;
   pt->display( );
   return 0;
}
运行结果如下，请仔细分析。
num:1001(stud1的数据)
name:Li
score:87.5
num:2001 (grad1中基类部分的数据)
name:wang
score:98.5

下面对程序作一点修改，在Student类中声明display函数时，在最左面加一个关键字virtual，即
   virtual void display( );
这样就把Student类的display函数声明为虚函数。程序其他部分都不改动。再编译和运行程序，请注意分析运行结果:
num:1001(stud1的数据)
name:Li
score:87.5
num:2001 (grad1中基类部分的数据)
name:wang
score:98.5
pay=1200 (这一项以前是没有的)
由虚函数实现的动态多态性就是:同一类族中不同类的对象，对同一函数调用作出不同的响应。

虚函数的使用方法是：

1.在基类用virtual声明成员函数为虚函数。
这样就可以在派生类中重新定义此函数，为它赋予新的功能，并能方便地被调用。在类外定义虚函数时，不必再加virtual。

2.在派生类中重新定义此函数，要求函数名、函数类型、函数参数个数和类型全部与基类的虚函数相同，并根据派生类的需要重新定义函数体。
C++规定，当一个成员函数被声明为虚函数后，其派生类中的同名函数都自动成为虚函数。因此在派生类重新声明该虚函数时，可以加virtual，也可以不加，但习惯上一般在每一层声明该函数时都加virtual，使程序更加清晰。如果在派生类中没有对基类的虚函数重新定义，则派生类简单地继承其直接基类的虚函数。

3.定义一个指向基类对象的指针变量，并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象。

4.通过该指针变量调用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。

通过虚函数与指向基类对象的指针变量的配合使用，就能方便地调用同一类族中不同类的同名函数，只要先用基类指针指向即可。如果指针不断地指向同一类族中不同类的对象，就能不断地调用这些对象中的同名函数。这就如同前面说的，不断地告诉出租车司机要去的目的地，然后司机把你送到你要去的地方。

需要说明；有时在基类中定义的非虚函数会在派生类中被重新定义(如例12.1中的area函数)，如果用基类指针调用该成员函数，则系统会调用对象中基类部分的成员函数；如果用派生类指针调用该成员函数，则系统会调用派生类对象中的成员函数，这并不是多态性行为(使用的是不同类型的指针),没有用到虚函数的功能。以前介绍的函数重载处理的是同一层次上的同名函数问题，而虚函数处理的是不同派生层次上的同名函数问题，前者是横向重载，后者可以理解为纵向重载。

但与重载不同的是:同一类族的虚函数的首部是相同的，而函数重载时函数的首部是不同的(参数个数或类型不同)。