当基类指针转换给出相同的结果时，为什么使用虚拟函数？

Question

我在学习虚拟函数和指针。下面的代码让我思考，既然我们可以以我们想要的方式键入类型的基类指针，为什么需要虚拟函数呢？

class baseclass {
public:
    void show() {
        cout << "In Base\n";
    }
};

class derivedclass1 : public baseclass {
public:
    void show() {
        cout << "In Derived 1\n";
    }
};

class derivedclass2 : public baseclass {
public:
    void show() {
        cout << "In Derived 2\n";
    }
};

int main(void) {
    baseclass * bptr[2];
    bptr[0] = new derivedclass1;
    bptr[1] = new derivedclass2;

    ((derivedclass1*) bptr)->show();
    ((derivedclass2*) bptr)->show();

    delete bptr[0];
    delete bptr[1];

    return 0;
}

如果在基类中使用虚拟的话，则给出相同的结果。

In Derived 1
In Derived 2

我是不是遗漏了什么？

Answer 1

您的示例似乎有效，因为没有数据，没有虚拟方法，也没有多重继承。尝试将int value;添加到derivedclass1，将const char *cstr;添加到derivedclass2，在相应的构造函数中初始化这些构造函数，并将它们添加到相应的show()方法中。

您将看到show()将如何打印垃圾值(如果您将指针转换为derivedclass1而不是)或崩溃(如果您在类实际上不是该类型时将指针转换为derivedclass2 )，或者行为不正常。

C++类成员函数AKA方法只不过是函数，它有一个隐藏的额外参数，this指针，它们假设它指向一个类型正确的对象。因此，当您有一个derivedclass1类型的对象，但是您将指向它的指针转换为derivedclass2类型时，那么如果没有虚拟方法，则会发生这样的情况：

• 调用derivedclass2的方法，因为您明确表示“这是指向derivedclass2的指针”。
• 该方法获取指向实际对象this的指针。它认为它指向了derivedclass2的实际实例，该实例将在某些偏移量处具有特定的数据成员。
• 如果该对象实际上是一个derivedclass1，则该内存包含一些完全不同的内容。因此，如果方法认为有一个char指针，但实际上没有，那么访问它所指向的数据可能会访问非法地址和崩溃。

如果您使用的是虚拟方法，并且有指向公共基类的指针，那么当您调用一个方法时，编译器会生成代码来调用正确的方法。它实际上插入了代码和数据(使用一个充满虚拟方法指针的表，通常称为vtable，每个类一个，以及指向它的指针，每个对象/实例一个)，它知道如何调用正确的方法。因此，当您调用一个虚拟方法时，它不是直接调用，而是对象具有指向真实类的vtable的额外指针，它指示应该为该对象真正调用哪种方法。

总之，类型转换绝不是虚拟方法的替代方法。另外，每一种类型的铸造都是问“为什么在这里铸造?这个软件是否存在一些根本问题，如果它需要在这里铸造？”的地方。类型转换的合法用例非常罕见，尤其是对于OOP对象。此外，不要使用带有对象指针的C样式类型强制转换，如果确实需要转换，则使用static_cast和dynamic_cast。

Answer 2

如果使用虚拟函数，则调用函数的代码不需要知道对象的实际类。您只需盲目地调用该函数，就会执行正确的函数。这是多态性的基础。

类型转换总是有风险的，并且会在大型程序中导致运行时错误。

您的代码应该是开放供扩展，但对修改关闭。

希望这能有所帮助。

Answer 3

在您的直到运行时才知道派生类型(例如，当它依赖于用户输入时)，您需要虚拟函数。

在您的示例中，您对derivedclass2和derivedclass1进行了硬编码的转换。现在你会在这里做什么？

void f(baseclass * bptr)
{
    // call the right show() function
}

也许您的困惑源于这样一个事实:您还没有遇到虚拟函数实际上是有用的情况。当您总是在编译时准确地知道您正在操作的具体类型时，那么您根本不需要虚拟函数。

示例代码中还有另外两个问题：

1. 使用C样式的强制转换而不是C++样式的dynamic_cast (当然，当您使用虚拟函数来解决设计中的问题时，通常不需要强制转换)。
2. 多形性地处理阵列。请参阅Scott的更有效的C++书中的第3项(“永远不要多形性地对待数组”)。