C++ - 關於多態中的虛函數與純虛函數

Huang Po-Hsun 收錄於 C/C++

2020-08-07 約 383 字預計閱讀 2 分鐘

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前言

大一自己寫 C++ 時碰到的問題，一直沒發表文章，現在趁有空寫一下。

多態與虛函數

P.S. 大陸叫對象，台灣叫物件。

我的理解是多態就是一個類（class）演伸出多種物件（Object），父類相當於模板藍圖的功能。虛函數是用來子類繼承後能夠複寫的函數。

我們先看一下虛函數嘴臉長怎樣：

在下面的例子中是一個 Base Class（基類、父類），如果函數前面宣告有添加 virtual 就是虛函數。

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class Shape
{
    public:
        virtual string toString() const;
        virtual double getArea() const;
}

下面是一個 Circle 子類（superclass）（超生類、派生類），引入 Circle 的 getArea() 和 toString() 是虛函數，我們現在是在子類中重寫（重定義）類的虛構函數（此時你可以將父類的虛構函數想像成模板）。

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class Circle : public Shape
{
    private:
        double radius;
    public:
        Circle();
        Circle(double);
        double getRadius() const;
        void setRadius(double);
        double getArea() const;
        string toString() const;
}

實際當我們在使用虛構函數時，是把它當作跳板，去自動便是哪個函式是哪個函式，e.g. 有多種圖形（園、三角），每種圖形都有面積，虛構函數是當你在使用引用或是指針 (Pointer) 指向基類時，它能根據類自動辨識是哪個圖形（很抽象）。

舉個例子，下面的 Code 引用上面例子的 Shape 類，在下面的 printShape() 傳入的 Shape 類型參數是一個子類繼承父類 Shape 的物件（對象），因為 Circle 或是 Triangle 都是繼承自 Shape 的類，所以當 Circle 和 Triangle 傳入該函數時，你不用特別指定是哪個子類中的 getArea() 函數，會自動判定是哪個子類的物件方法。

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void printShape(const Shape &s, double &total)
{
    total += s.getArea();
    cout << s.getArea() << endl;
}

虛函數與純虛函數

先要有些概念：

定義一個函數為虛函數，不代表函數為不被實現的函數。
定義它為虛函數是為了允許父類的指針來調用子類這個函式。
定義一個函數為純虛函數，才代表函數沒有被實現。

下面是的例子中，加上 = 0 就代表它是純虛函數，無法創造 Shape 類型的對象，如果你在 main() 函數中打上 Shape shape; 聲明一個 Shape 類型的對象，編譯會報錯。

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class Shape
{
    public:
        virtual string toString() const = 0;
        virtual double getArea() const = 0;
}

那為什麼我們要加上 = 0 變成純虛函數呢？你可以想像 “圖形” 是個抽象的總體概稱，圖形可以衍生出圓形、梯形…等，如果可以用 “圖形” 創造出對象，也就是一個對象類型是 “圖形”，那豈不是很荒謬？所以我們加入純虛函數使 “圖形” 無法創造對象，使其合理化*。

注意：上面 Code 中 const = 0，const 與 = 0 毫無關係，所以別誤解宣告純虛函數時一定要在 = 0 前面加上 const。

虛函數與純虛函數的差別就在這個類能不能被用來創造自己的物件（Object），都可以拿做父類繼承。

補充

如上的 Shape 父類，關於子類虛函數的寫法：

下面的子類虛函數前面加上 virtual 聲明。

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class Circle : public Shape
{
    private:
        double radius;
    public:
        Circle();
        Circle(double);
        double getRadius() const;
        void setRadius(double);
        virtual double getArea() const;
        virtual string toString() const;
}

有些人會疑惑子類有沒有 virtual 有差嗎？答案是沒有差，不管有沒有加上 virtual 都是繼承來的虛函數，兩種宣告法都可以，但是加上 virtual 能夠增加 Code 的易讀性，所以建議加上。

override

override 保留字適用在子類的虛函數上，用來避免繼承錯誤。

沒加上 override 前：

我故意在 Circle 的 getArea() 故意改成 getArea233()，編譯器不會報錯，因為會被認為這不是繼承的。

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class Shape
{
    public:
        virtual string toString() const;
        virtual double getArea() const;
}
class Circle : public Shape
{
    private:
        double radius;
    public:
        Circle();
        Circle(double);
        double getRadius() const;
        void setRadius(double);
        virtual double getArea233() const;
        virtual string toString() const;
}

但如果我加上 override 保留字：

編譯器會報錯，可以把 override 當成把這函數標示是繼承來的函數。

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class Shape
{
    public:
        virtual string toString() const;
        virtual double getArea() const;
}
class Circle : public Shape
{
    private:
        double radius;
    public:
        Circle();
        Circle(double);
        double getRadius() const;
        void setRadius(double);
        virtual double getArea233() const override; // 報錯
        virtual string toString() const override;
}

目錄

C++ - 關於多態中的虛函數與純虛函數

前言

多態與虛函數

虛函數與純虛函數

補充

override