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：
虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表);
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)，直到运行时才知道要调用哪个版本(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，其子类的函数不管有没有声明为virtual，都是虚函数；
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】
4000
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：
纯虚函数的声明方式：virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 参数列表) = 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。