C++ 中的虚函数和纯虚函数有什么区别？

简要回答

虚函数(virtual function)是在基类中用virtual关键字声明的成员函数，允许派生类重写实现，实现运行时多态。

纯虚函数(pure virtual function)是在虚函数声明后加=0的函数，没有默认实现，强制派生类必须重写，并使所在类成为抽象类(不能实例化)。

通俗意义上可以这么理解：

虚函数就像是基类说"父类有这个功能，子类可以按需修改"；纯虚函数则是基类说"我规定必须有这个功能，但具体怎么实现你们子类自己决定"。

详细回答

虚函数是实现C++运行时多态的核心机制，通过virtual关键字声明，当通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型动态绑定到正确的函数实现。

虚函数可以有默认实现，派生类可以选择性重写，包含虚函数的类可以实例化。

纯虚函数通过在虚函数声明后加=0定义，没有默认实现，强制派生类必须重写。

包含纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化，纯虚函数用于定义接口规范，确保所有派生类都有该功能。

代码详解

• 虚函数

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void speak() {  // 虚函数，有默认实现
        cout << "Animal sound" << endl;
    }
    virtual ~Animal() {}  // 虚析构函数
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {  // 重写虚函数
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* animal = new Dog();
    animal->speak();  // 输出: Woof!
    delete animal;
    return 0;
}

• 纯虚函数

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {  // 抽象基类
public:
    virtual void draw() = 0;  // 纯虚函数，无实现
    virtual ~Shape() {}
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {  // 必须实现纯虚函数
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

int main() {
    // Shape shape;  // 错误: 不能实例化抽象类
    Shape* shape = new Circle();
    shape->draw();  // 输出: Drawing a circle
    delete shape;
    return 0;
}

知识拓展

• 知识图解

  

Derived：是C++继承体系中的术语，指通过派生（derivation）从基类（Base class）创建的新类

• 拓展

虚函数表(VTable)工作原理：

每个包含虚函数的类有一个虚函数表，存储虚函数地址

每个对象有一个虚指针(vptr)指向所属类的VTable

调用虚函数时，通过vptr找到VTable，再跳转到正确函数

• 现代C++特性

override关键字：显式标记重写虚函数，编译器会检查是否真的重写了基类虚函数，避免拼写错误：

class Derived : public Base {
public:
    void show() override;  // 明确表示重写基类虚函数
};

final关键字：禁止派生类重写虚函数或禁止类被继承：

class Base {
public:
    virtual void show() final;  // 派生类不能重写
};

虚函数的特殊用法 纯虚函数可以在基类中提供实现，派生类可以显式调用：

class Interface {
public:
    virtual void api() = 0;
};

// 纯虚函数的实现
void Interface::api() {
    cout << "Default implementation" << endl;
}

class Impl : public Interface {
public:
    void api() override {
        Interface::api();  // 调用基类实现
        // 添加具体实现
    }
};

• 面试官追问

1. 为什么构造函数不能是虚函数？

构造函数用于初始化对象，虚函数机制依赖vptr，而vptr在构造函数执行期间才被初始化，形成循环依赖。

即：构造函数的工作是"把对象建出来"，而虚函数机制需要"对象已经存在"才能工作，两者顺序矛盾

2. 什么情况下应该使用纯虚函数？

当基类只规定"要做什么"，但不知道"怎么做"时；当想确保所有子类都有某个功能时，这两种情况

3. 虚函数表是如何工作的？

每个有虚函数的类有一个vtable，存储虚函数指针；每个对象有vptr指向vtable；调用时通过vptr找到vtable再跳转函数。