虛函數(shù)與重載函數(shù)的關(guān)系

2023年12月11日發(fā)(作者：滿懷信心)

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虛函數(shù)與重載函數(shù)的關(guān)系

在 C++ 中，一種方法或者說(shuō)技術(shù)學(xué)得越多，就越難理解，同時(shí)也有許多術(shù)語(yǔ)是很相似或者重疊的。在這些術(shù)語(yǔ)中，虛函數(shù)和重載函數(shù)也是常常讓許多程序員感到困惑的兩個(gè)概念。本文將從兩者的定義、應(yīng)用、使用的區(qū)別等方面詳細(xì)探討它們之間的關(guān)系。

一、虛函數(shù)的定義和應(yīng)用

虛函數(shù)是在一個(gè)基類中定義的函數(shù)，它被聲明為虛擬的，這意味著該函數(shù)的行為可以在一個(gè)派生類中通過(guò)重定義發(fā)生改變。當(dāng)您在派生類中重新定義虛函數(shù)時(shí)，Compiler 會(huì)注意到您的賦值，自動(dòng)進(jìn)行 V-table 查找和調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。請(qǐng)注意，這并不一定反映了您所看到的所有的調(diào)用的動(dòng)態(tài)行為。 子類可以改變虛函數(shù)的行為，但不會(huì)影響父類中該函數(shù)的行為。這樣做的一個(gè)好處是，我們可以使用父類指針指向其子類的對(duì)象，然后在調(diào)用該虛函數(shù)時(shí)，編譯器可以跟蹤該子類的實(shí)際類型，從而執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)調(diào)用。這使得我們可以通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)整個(gè)類層次結(jié)構(gòu)的成員，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。

例如，請(qǐng)看以下的一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，其中只包含一個(gè)簡(jiǎn)單的基類 Animal：

``` #include using namespace std; class Animal { public: virtual void speak()

{ cout << "This is an animal!" << endl; } };

class Dog: public Animal { public: void

speak() { cout << "This is a dog!" <<

endl; } };

int main() { Animal* animal1 = new Animal();

Animal* animal2 = new Dog(); animal1->speak();

animal2->speak(); return 0; } ```

Output

``` This is an animal! This is a dog! ```

可以看到，在基類 Animal 中定義了一個(gè)虛函數(shù)

speak，其中輸出的是一句話“This is an animal!”。在派生類 Dog 中也定義了同樣一個(gè)函數(shù)，只是輸出的語(yǔ)句改為了“This is a dog!”當(dāng)我們?cè)?main 函數(shù)中定義了兩個(gè) Animal 類對(duì)象，其中一個(gè)是Animal類型的，一是Dog類型的，并分別用它們的指針調(diào)用 speak 函數(shù)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出的結(jié)果不同。這就是因?yàn)樵谂缮愔兄匦露x了虛函數(shù)，改變了其行為。

二、重載函數(shù)的定義和應(yīng)用

跟虛函數(shù)不同，重載函數(shù)只是函數(shù)名相同，而函數(shù)的參數(shù)列表不同，它們由一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象或函數(shù)的一組參數(shù)定義。函數(shù)重載主要目的是實(shí)現(xiàn)一種類似多態(tài)的效果，允許您對(duì)函數(shù)調(diào)用進(jìn)行不同的處理。當(dāng)您使用函數(shù)重載時(shí)，可以使用相同的名稱定義不同的函數(shù)，而不必使用不同的名稱。因此，重載函數(shù)有時(shí)也被稱為同名函數(shù)。

例如，請(qǐng)看以下一個(gè)簡(jiǎn)單的程序：

``` #include using namespace std;

void print(int i) { cout << "This is an

integer: " << i << endl; }

void print(double f) { cout << "This is a

float: " << f << endl; }

void print(char* c) { cout << "This is a

character: " << c << endl; }

int main() { int a = 100; double b = 56.89;

char* c = "Hello C++!"; print(a); print(b);

print(c); return 0; } ```

Output

``` This is an integer: 100 This is a float:

56.89 This is a character: Hello C++! ```

可以看到，三個(gè)函數(shù)都被定義為 print，其名稱相同，但參數(shù)不同。在主函數(shù)中調(diào)用三個(gè)不同的函數(shù)，并輸出三種不同的數(shù)據(jù)類型。

三、虛函數(shù)和重載函數(shù)的區(qū)別 虛函數(shù)和重載函數(shù)都以多態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)考慮函數(shù)，但它們是有著一些不同的使用方法和應(yīng)用場(chǎng)景的。虛函數(shù)和重載函數(shù)的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)：

1.定義和用法不同

虛函數(shù)必須在基類中聲明，由派生類重新定義，然后使用動(dòng)態(tài)綁定在運(yùn)行時(shí)調(diào)用派生類中的函數(shù)。而重載函數(shù)是用相同的名稱定義的，它們接收不同的參數(shù)，然后在編譯時(shí)靜態(tài)綁定。

2.處理方式不同

虛函數(shù)需要使用函數(shù)的形式來(lái)支持多態(tài)，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯釉诔绦蜻\(yùn)行期間考慮使用的函數(shù)的實(shí)際類型。當(dāng)使用指向基類的指針來(lái)調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)跟蹤該對(duì)象的實(shí)際類型并使用其指定的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于重載函數(shù)，這不起作用，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖庆o態(tài)綁定，因此，要么實(shí)現(xiàn)的參數(shù)類型必須與調(diào)用時(shí)提供的參數(shù)類型完全匹配，要么顯式地進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。

3.使用場(chǎng)景不同

虛函數(shù)是用于多態(tài)，當(dāng)想要在具有繼承關(guān)系的類中實(shí)現(xiàn)相同的函數(shù)時(shí)，使用虛函數(shù)更為合適。而重載函數(shù)在不同情況下處理不同的數(shù)據(jù)類型，或者在相似情況下需要不同的參數(shù)類型時(shí)使用，更加合適。

四、總結(jié) 雖然兩種不同的函數(shù)處理多態(tài)的方式不同，但它們基本上都支持相同的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)多態(tài)。虛函數(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)基于指針的運(yùn)行時(shí)多態(tài)，而重載函數(shù)適用于實(shí)現(xiàn)編譯時(shí)的多態(tài)。在實(shí)際的編程中，我們應(yīng)該選擇正確的函數(shù)類型來(lái)滿足我們的需求。在一般情況下，當(dāng)想讓代碼更具可讀性、易維護(hù)性、強(qiáng)兼容性和可重用性的時(shí)候，我們應(yīng)該優(yōu)先使用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)；當(dāng)想解決函數(shù)語(yǔ)義的歧義時(shí)，我們可以考慮實(shí)現(xiàn)函數(shù)重載。那么，到底選擇哪種方式實(shí)現(xiàn)多態(tài)，就需要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求和實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

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