虚函数和纯虚函数的区别，虚函数与纯虚函数，关键差异解析

虚函数和纯虚函数的主要区别在于它们是否具有函数体，虚函数是一个在基类中声明的函数，它在派生类中可以被重写，即使基类中没有实现它，而纯虚函数是一个在基类中声明的函数，它没有函数体，只能被派生类重写，纯虚函数用于定义一个接口，而虚函数则允许动态绑定，即运行时决定调用哪个函数实现，简言之，虚函数有具体实现，而纯虚函数没有，仅作为接口存在。

用户提问：虚函数和纯虚函数在C++中有什么区别呢？为什么要有纯虚函数呢？

回答：你好！虚函数和纯虚函数是C++中面向对象编程的重要概念，虚函数用于实现多态性，而纯虚函数则用于定义一个抽象类，下面我将从几个方面来详细解释这两者的区别。

虚函数

定义：虚函数是在基类中声明的函数，在派生类中可以被重新定义，用于实现多态性。

作用：通过虚函数，可以在派生类中根据对象的实际类型调用相应的函数，实现多态。

语法：在基类中声明虚函数时，需要在函数名前加上virtual关键字。

示例：

class Base {
public:
    virtual void display() {
        cout << "Base display" << endl;
    }
};
class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        cout << "Derived display" << endl;
    }
};

纯虚函数

定义：纯虚函数是在基类中声明的虚函数，没有具体的实现，用于定义一个抽象类。

作用：纯虚函数用于实现抽象类，使得派生类必须实现纯虚函数的具体实现。

语法：在基类中声明纯虚函数时，需要在函数名前加上virtual和= 0关键字。

示例：

class AbstractBase {
public:
    virtual void pureVirtualFunc() = 0;
};
class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:
    void pureVirtualFunc() override {
        cout << "ConcreteDerived pureVirtualFunc" << endl;
    }
};

区别

定义：虚函数可以有具体的实现，而纯虚函数没有具体的实现。

作用：虚函数用于实现多态性，而纯虚函数用于定义抽象类。

语法：虚函数只需要在函数名前加上virtual关键字，而纯虚函数需要在函数名前加上virtual和= 0关键字。

示例：

class Base {
public:
    virtual void display() {
        cout << "Base display" << endl;
    }
};
class AbstractBase {
public:
    virtual void pureVirtualFunc() = 0;
};

使用场景

虚函数：当需要实现多态性时，可以使用虚函数。

纯虚函数：当需要定义一个抽象类时，可以使用纯虚函数。

虚函数和纯虚函数是C++中面向对象编程的重要概念，它们在实现多态性和抽象类方面发挥着重要作用，通过理解两者的区别和使用场景，可以帮助我们更好地进行面向对象编程。

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定义与语法差异

1. 虚函数是类中声明的成员函数，其定义可以包含具体实现，通过在函数声明后加virtual关键字标识，允许子类重写以实现多态。
2. 纯虚函数是类中声明但未实现的成员函数，其定义必须以= 0例如：virtual void func() = 0;，表示该函数在派生类中必须被实现。
3. 虚函数可以存在于非抽象类中，而纯虚函数的存在使得包含它的类成为抽象类,无法实例化。

实现方式的不同

1. 虚函数在基类中提供默认实现，子类可以选择保留或覆盖该实现，

   class Base {
   public:
       virtual void show() { cout << "Base"; }
   };
   class Derived : public Base {
   public:
       void show() override { cout << "Derived"; }
   };

2. 纯虚函数在基类中没有实现，子类必须提供具体实现，否则子类也会成为抽象类。

   class Base {
   public:
       virtual void func() = 0;
   };
   class Derived : public Base {
   public:
       void func() override { cout << "Derived implementation"; }
   };

3. 虚函数通过虚函数表（vtable）和虚指针（vptr）实现动态绑定，而纯虚函数的实现依赖于子类显式重写,编译器在编译时会检查是否满足要求。

多态行为的实现

1. 虚函数支持运行时多态，即通过基类指针或引用调用子类重写后的函数，具体调用哪个版本由对象的实际类型决定。
2. 纯虚函数强制子类实现该函数，从而确保所有派生类都具备相同接口，但无法直接调用纯虚函数，只能通过继承后的对象调用。
3. 虚函数的多态性依赖于函数重写，而纯虚函数的多态性则依赖于接口一致性,即所有子类必须实现相同的函数签名。

应用场景与设计模式

1. 虚函数适用于需要部分抽象的场景，例如基类提供通用功能，子类根据需求扩展或修改行为，如图形库中draw()函数的重写。
2. 纯虚函数用于强制子类实现特定功能，常作为接口设计的基础，例如Shape类中的纯虚函数calculateArea()，确保所有子类（如Circle、Rectangle）必须提供面积计算逻辑。
3. 虚函数可实现灵活的多态行为，而纯虚函数更适用于定义抽象类，例如在设计模式中,抽象工厂模式通过纯虚函数规范子类的行为。

编译器处理机制

1. 虚函数在编译时会为类生成虚函数表，每个对象包含指向该表的虚指针，运行时通过虚指针查找对应函数实现。
2. 纯虚函数在编译时会检查子类是否实现了所有纯虚函数，未实现则报错，

   class Base {
   public:
       virtual void func() = 0;
   };
   class Derived : public Base {}; // 编译错误，未实现func()

3. 虚函数的调用是动态绑定，即在运行时确定调用哪个函数；而纯虚函数的调用是静态绑定,编译器在编译时已确定函数实现是否合法。

性能与灵活性的权衡

1. 虚函数会带来一定的性能开销，因需要通过虚函数表查找函数地址，而纯虚函数本身不涉及具体实现，性能影响较小。
2. 虚函数允许基类和子类共享相同函数名，但功能不同，提供代码复用性；纯虚函数则强制子类实现，确保接口统一性。
3. 虚函数适合非强制性多态，而纯虚函数适合强制性多态，例如在接口设计中,纯虚函数可避免子类遗漏关键功能。

实际应用中的注意事项

1. 虚函数的实现需注意函数签名一致性，子类重写时参数类型、返回类型和名称必须完全匹配。
2. 纯虚函数的实现需确保所有子类都覆盖，否则会导致抽象类无法实例化，需通过继承链传递实现。
3. 虚函数与纯虚函数的结合使用可实现灵活的抽象层次，例如基类定义虚函数,子类实现部分纯虚函数以形成具体类。

虚函数与纯虚函数的核心区别在于是否需要实现和是否允许默认实现，虚函数为多态提供了灵活性，而纯虚函数则通过强制实现确保接口规范，在实际开发中，需根据设计需求选择：若希望基类提供通用功能，使用虚函数；若需定义抽象类或强制子类实现特定逻辑，使用纯虚函数，两者的合理搭配能提升代码的可维护性与扩展性,同时避免设计上的冗余与错误。