C++程序设计:虚函数详解
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更新于2024-08-14
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"关于虚函数说明以下几点-程序设计课件"
C++中的虚函数是面向对象编程的一个重要特性,它允许我们实现多态性,即一个基类指针或引用可以调用派生类中重写(override)的成员函数。在C++中,虚函数的使用有以下几个关键点:
1. **定义与声明**:虚函数在基类中通过`virtual`关键字声明。例如,如果基类有一个虚函数`void foo(int)`,那么在派生类中重写这个函数时,必须保持函数名`foo`、参数列表(包括类型、顺序和数量)以及返回类型的一致性。如果改变任何这些元素,那么将创建一个新的、非虚的函数,而不是重写基类的虚函数。
2. **重载与覆盖**:如果在派生类中函数名相同,但参数列表不同,这被称为函数重载,而不是虚函数的覆盖。重载的函数与基类的虚函数是完全独立的实体。只有当函数名、参数列表和返回类型完全匹配时,派生类的函数才会覆盖基类的虚函数。
3. **继承与多态**:虚函数的目的是为了在基类指针或引用调用时,能够根据实际的对象类型动态绑定到相应的派生类版本。这意味着,即使通过基类指针调用,也可以执行派生类中的特定实现,这在处理多种类型对象的集合(如数组或容器)时特别有用。
4. **纯虚函数**:基类中可以声明为`virtual`的函数,但不提供具体实现,这样的函数称为纯虚函数。一个包含纯虚函数的类被称为抽象类,不能被实例化,通常用作接口。派生类必须为所有纯虚函数提供实现,否则也会成为抽象类。
5. **虚析构函数**:虽然默认情况下析构函数不是虚函数,但在基类中声明为虚的析构函数是必要的,以便正确地销毁通过基类指针管理的对象。这确保了在删除派生类对象时,派生类的析构函数也能被调用。
6. **静态联编与动态联编**:虚函数的调用采用了动态联编(runtime binding),也就是说,直到运行时才能确定调用哪个函数版本。相反,非虚函数的调用是静态联编(compile-time binding),在编译时就确定了。
7. **效率影响**:虽然虚函数提供了多态性,但它会引入一定的运行时开销,因为需要维护虚函数表(vtable)来实现动态绑定。不过,这种开销通常很小,尤其是在现代计算机硬件中。
8. **构造函数与虚函数**:构造函数不能是虚函数,因为它们在对象创建期间调用,此时对象类型已经确定,多态性不适用。
C++语言的发展历程展示了其从早期的BCPL、B语言逐步演变为强大且广泛应用的C语言,再到后来为了应对面向对象编程需求而诞生的C++。C++不仅继承了C语言的高效性和灵活性,还引入了类、模板、虚函数等面向对象的特性,使得程序设计更加模块化和可重用。C++的这些特点使其在系统编程、游戏开发、嵌入式系统等多个领域都有广泛的应用。虽然C++的语法相对复杂,但一旦掌握了,就能编写出高效、可移植的代码。
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