虚函数和纯虚函数的区别和作用

当我们谈论面向对象编程时，多态性是一个不可忽视的主题。它允许我们通过一个共同的接口来处理不同的子类对象，从而使得程序具有更高的灵活性和可扩展性。在这一过程中，虚函数和纯虚函数扮演着至关重要的角色。那么，它们之间有何不同？又是如何影响我们的程序设计呢？接下来，让我们一起深入了解。

一、虚函数是什么？

在C++中，虚函数允许我们在派生类中重写基类中的函数，实现运行时的多态性。当基类的指针或引用指向派生类对象时，调用的是派生类中对应版本的函数。这种机制称为动态绑定或者晚期绑定，与编译时的静态绑定形成对比。
举个例子，假设我们有一个基类Shape和一个派生类Circle，基类中有一个计算面积的虚函数calculateArea()。当我们用Shape的指针来操作Circle对象时，调用的将是Circle类重写的calculateArea()函数。

二、纯虚函数是什么？

纯虚函数则是一种特殊的虚函数，它在基类中不提供任何实现，而是强制要求所有派生类都必须提供自己的实现版本。这使得纯虚函数成为一种定义接口的方式，确保了所有继承自该基类的派生类都将遵守同一组协议。
继续上面的例子，如果我们希望所有的形状都必须能计算自己的面积，但又不希望在Shape类中给出具体的计算方法，我们可以在Shape类中声明一个纯虚函数calculateArea()。这样，每个具体的形状类——比如Circle、Rectangle等——都必须实现这个函数。

三、虚函数和纯虚函数的区别

1. 定义

虚函数（Virtual Function）：虚函数是在基类中声明为virtual的成员函数，它通常被子类重写（覆盖），以提供特定的实现。调用虚函数时，程序会根据对象的实际类型（而非声明类型）决定调用哪个函数，这被称为“动态绑定”或“运行时多态”。

纯虚函数（Pure Virtual Function）：纯虚函数是没有实现（即没有函数体）的虚函数，在声明时以= 0的形式标识。纯虚函数用于在基类中定义接口，强制所有继承该基类的子类必须实现该函数，从而使基类成为抽象类。

1. 实现方式

虚函数：

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base show" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {  // 重写虚函数
        std::cout << "Derived show" << std::endl;
    }
};

纯虚函数：

class Base {
public:
    virtual void show() = 0;  // 纯虚函数
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {     // 必须重写纯虚函数
        std::cout << "Derived show" << std::endl;
    }
};

1. 允许的实例化

虚函数：包含虚函数的类可以被实例化（即可以创建对象），只要虚函数有实现。

纯虚函数：包含纯虚函数的类被称为抽象类，不能被直接实例化，必须通过派生类实现纯虚函数后才能创建对象。

1. 用途

虚函数：主要用于实现多态性，允许在基类指针或引用中调用派生类中覆盖的函数。

纯虚函数：主要用于定义接口或抽象接口，确保所有派生类都实现特定功能，从而提供一致的接口。

1. 主要特征

虚函数：可以有实现，例如：

virtual void function() {
    // 实现
}

纯虚函数：必须没有实现：

virtual void function() = 0;  // 仅声明，没有实现

理解虚函数和纯虚函数的不同及其作用，对于编写灵活且易于维护的C++代码至关重要。虚函数为我们提供了运行时多态性的强大功能，而纯虚函数则为接口的定义和管理提供了便利。在实际编程中，合理地运用这两种机制，可以大大提高程序的可扩展性和可维护性。

通过掌握虚函数和纯虚函数的知识，开发者能够更好地理解和利用C++的多态特性，进而构建出更加高效、灵活的软件系统。记住，虚函数让基类和派生类之间建立起动态的联系，而纯虚函数则确保了接口的一致性和派生类的多样性。两者相辅相成，共同支撑着面向对象编程的大厦。

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