c++虚函数和纯虚函数的区别

虚函数和纯虚函数是C++中多态性实现的重要基础。它们允许程序员定义一个接口，随后在多个派生类中提供不同的实现。这种机制极大地提高了代码的灵活性和可维护性。在C++中，虚函数（virtual function）以及纯虚函数（pure virtual function）是实现面向对象编程中多态性的重要机制。为了深入了解这两者的区别，我们需要从多个角度出发，探讨其语法、用途以及在程序设计中的意义。

首先，虚函数是基类中使用virtual关键字声明的成员函数。它表示在派生类中可以重新定义这个函数。虚函数确保在多态情况下，通过基类指针或引用调用函数时，会执行其驱动类（派生类）中相应的重载版本。这发生在运行时，因此虚函数实现了C++中的运行时多态（也称为动态多态）。例如：

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

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        cout << "Derived class show function called." << endl;
    }
};

在上述代码中，如果我们将一个Derived对象赋值给一个Base类指针，那么调用show函数时，将执行Derived类中的show函数。

另一方面，纯虚函数是一种特殊类型的虚函数。一个纯虚函数使用= 0的语法进行声明。它表示这个函数在基类中没有实现，并且需要在所有的具体派生类中提供实现。定义纯虚函数的类称为抽象类（abstract class）。抽象类不能直接实例化，必须由其派生类实现未定义的纯虚函数，才能创建对象。例如：

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

class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:
    void display() override {
        cout << "ConcreteDerived class display function called." << endl;
    }
};

在这个例子中，AbstractBase类不能实例化，因为它拥有一个纯虚函数display。只有ConcreteDerived类实现了display函数后，我们才能创建ConcreteDerived对象。

从设计角度来看，虚函数和纯虚函数的区别在于它们所提供的接口程度与实现责任。虚函数为基类提供了一个默认实现，派生类可以选择重写这个实现以便提供更多的功能或优化。而纯虚函数强制派生类必须实现某些功能，实现了一部分类似于接口的功能强制性。

在C++中使用虚函数有以下几点优点：

1. 多态性支持：虚函数使得不同的类能够在调用相同的函数时，表现出独特的行为，这就是多态性。
2. 代码重用：将通用功能放在基类中，减少了代码重复。
3. 接口统一：通过虚函数，类与类之间可以提供统一的接口，简化调用者的代码。

然而，虚函数也并非完全没有缺点。由于多态性需要在运行时与具体实现绑定，故而相比于编译时绑定的函数调用，虚函数调用往往涉及到一定的性能开销。此外，误用虚函数可能导致设计上的复杂性增加，从而难以维护。

相比之下，纯虚函数主要用于定义抽象类，目的是为不同功能的实现提供一个抽象接口。这里有几个使用纯虚函数的常见场景：

1. 定义接口：在需要定义接口而不关心具体实现细节时，可以使用抽象类。
2. 设计扩展性：通过使用抽象类，程序变得更具扩展性，因为新的类可以在不修改现有代码的情况下实现新功能。
3. 代码规范：要求继承的所有子类必须实现特定功能。

尽管纯虚函数的灵活性很高，但这一概念可能会给编程新手带来一些问题，尤其是在理解和维护现有代码时。而且，使用纯虚函数设计接口时，必须确保设计合理，避免因过度抽象导致的代码复杂化。

总的来说，虚函数和纯虚函数在C++的面向对象编程中是两种重要的工具。它们各自有明确的应用场景和实际意义。合理地运用两者，将能够在很大程度上增强代码的扩展性、可维护性以及可读性。同时，也需要意识到其潜在的性能影响和设计复杂性，以做出*的实现选择。通过灵活地使用虚函数和纯虚函数，程序员可以设计出符合SOLID原则的代码，其中每个类都有其明确的职责，在变化时具有高度的适应性。