【C++】cpp虚函数和纯虚函数的声明和定义

文章目录

- - [一、虚函数（Virtual Function）](#一、虚函数（Virtual Function）)
  - - [1. 声明规则](#1. 声明规则)
    - [2. 示例代码](#2. 示例代码)
    - 输出结果
  - [二、纯虚函数（Pure Virtual Function）](#二、纯虚函数（Pure Virtual Function）)
  - - [1. 声明规则](#1. 声明规则)
    - [2. 示例代码](#2. 示例代码)
    - 输出结果
  - 三、关键区别总结
  - 四、注意事项

一、虚函数（Virtual Function）

虚函数是C++中实现运行时多态（动态绑定） 的核心机制，基类中声明为virtual的成员函数，派生类可重写（override）该函数，通过基类指针/引用调用时，会根据实际指向的对象类型调用对应版本。

1. 声明规则

基类中使用virtual关键字声明，语法：virtual 返回值类型函数名(参数列表);
虚函数必须有定义（除非是纯虚函数），可在类内或类外定义。
派生类重写虚函数时，virtual关键字可省略（编译器会自动识别），但建议显式写virtual或override（C++11起）增强可读性。

2. 示例代码

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

// 基类
class Base {
public:
    // 声明虚函数（类内声明）
    virtual void show(); // 仅声明，类外定义

    // 类内定义的虚函数
    virtual void display() {
        cout << "Base::display()" << endl;
    }
};

// 虚函数的类外定义（必须加类名限定，virtual关键字仅在声明时用，定义时省略）
void Base::show() {
    cout << "Base::show()" << endl;
}

// 派生类
class Derived : public Base {
public:
    // 重写基类虚函数（virtual可省略，建议加override）
    void show() override { // override关键字：编译器检查是否真的重写了基类虚函数
        cout << "Derived::show()" << endl;
    }

    // 重写display，省略virtual（不推荐）
    void display() override {
        cout << "Derived::display()" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived(); // 基类指针指向派生类对象
    ptr->show();    // 调用Derived::show()（动态绑定）
    ptr->display(); // 调用Derived::display()（动态绑定）
    delete ptr;
    return 0;
}

输出结果

复制代码

Derived::show()
Derived::display()

二、纯虚函数（Pure Virtual Function）

纯虚函数是没有实现 的虚函数，用于定义基类的接口，强制派生类重写该函数。包含纯虚函数的类称为抽象类，抽象类不能实例化（不能创建对象），仅能作为基类被继承。

1. 声明规则

语法：virtual 返回值类型函数名(参数列表) = 0;
纯虚函数声明时必须加= 0 ，且类内仅声明，无定义（特殊情况：纯虚函数可在类外定义，但派生类仍需重写）。
派生类必须重写所有纯虚函数，否则派生类也会成为抽象类，无法实例化。

2. 示例代码

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

// 抽象类（包含纯虚函数）
class Shape {
public:
    // 声明纯虚函数（无定义）
    virtual double getArea() = 0;

    // 纯虚函数也可以有默认实现（类外定义）
    virtual void printType() = 0;

    // 普通虚函数（有定义）
    virtual void show() {
        cout << "This is a shape." << endl;
    }
};

// 纯虚函数的类外定义（可选，派生类可通过Base::func()调用）
void Shape::printType() {
    cout << "Base Shape Type" << endl;
}

// 派生类：圆形
class Circle : public Shape {
private:
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}

    // 必须重写纯虚函数getArea
    double getArea() override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }

    // 重写纯虚函数printType（可调用基类实现）
    void printType() override {
        Shape::printType(); // 调用基类的默认实现
        cout << "Circle Type" << endl;
    }
};

// 派生类：矩形
class Rectangle : public Shape {
private:
    double width, height;
public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

    double getArea() override {
        return width * height;
    }

    void printType() override {
        cout << "Rectangle Type" << endl;
    }
};

int main() {
    // Shape s; // 错误：抽象类不能实例化
    Shape* shape1 = new Circle(5.0);
    Shape* shape2 = new Rectangle(4.0, 6.0);

    cout << "Circle Area: " << shape1->getArea() << endl;
    shape1->printType();
    shape1->show(); // 调用基类的虚函数

    cout << "\nRectangle Area: " << shape2->getArea() << endl;
    shape2->printType();

    delete shape1;
    delete shape2;
    return 0;
}

输出结果

复制代码

Circle Area: 78.53975
Base Shape Type
Circle Type
This is a shape.

Rectangle Area: 24
Rectangle Type

三、关键区别总结

特性	虚函数	纯虚函数
定义要求	必须有定义（类内/类外）	声明时`= 0`，类内无定义（可类外定义）
类的性质	基类可实例化	包含纯虚函数的类为抽象类，不可实例化
派生类要求	可重写，也可不重写	必须重写，否则派生类也是抽象类
用途	提供默认实现，支持多态	定义接口，强制派生类实现具体逻辑

四、注意事项

虚函数/纯虚函数不能是static（静态函数属于类，不属于对象，无法动态绑定）。
析构函数建议声明为虚函数（尤其是基类），避免派生类对象析构时内存泄漏。
C++11起，重写虚函数时建议加override关键字，编译器会检查重写的正确性（参数、返回值匹配）。
纯虚函数的类外定义仅作为"默认实现"，派生类重写后仍可通过基类::函数名()调用。