C++虛函數與純虛函數：多態機制核心解析

1. 虛函數：實現動態綁定

問題場景

class People { public: void walk() { cout << "People walk"; } };
class Man : public People { public: void walk() { cout << "Man walk"; } };

People* p = new Man();
p->walk(); // 輸出 "People walk" —— 靜態綁定！

C++默認靜態綁定（根據指針類型），與Java不同。

解決方案：virtual關鍵字

class People { 
public: 
    virtual void walk() { cout << "People walk"; } 
};
class Man : public People { 
public: 
    virtual void walk() { cout << "Man walk"; } // 覆寫
};

People* p = new Man();
p->walk(); // 輸出 "Man walk" —— 動態綁定！

機制原理

• 含virtual函數的類生成**虛函數表(vtable)**
• 對象包含**vptr**指向類的vtable
• 派生類覆寫時，在自己的vtable中替換對應槽位
• 通過基類指針/引用調用虛函數 → 查vptr → 找vtable → 調用實際函數

2. 純虛函數與抽象類

語法

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0; // 純虛函數，無實現
    virtual double area() = 0;
};

規則

• 含純虛函數的類為**抽象類**，**不能實例化**
• 派生類**必須實現**所有純虛函數，否則仍為抽象類
• 構造函數不能是虛函數，**析構函數應聲明為virtual**

示例

class People {
public:
    virtual void walk() = 0; // 純虛函數
};

class Man : public People {
public:
    void walk() override { cout << "Man walk"; } // 必須實現
};

People* p = new Man(); // 合法
// People p2; // 編譯錯誤：抽象類不能實例化
// Man m; m.walk(); // 合法

3. 關鍵區別總結

4. 最佳實踐

• 基類析構函數**始終聲明為virtual**
• 覆寫時使用`override`關鍵字（C++11）防止簽名錯誤
• 純虛函數可有定義（罕見，供派生類調用）
• 避免在構造/析構函數中調用虛函數（行為與預期不同）