在 C++ 中，虚函数和纯虚函数是面向对象编程的重要概念，主要用于实现多态。

虚函数（Virtual Function）

虚函数是一种可以在派生类中被重写的函数。通过将基类的成员函数声明为虚函数，编译器会确保在运行时根据实际对象类型（而不是指针或引用的类型）调用该函数。这种机制称为动态绑定或运行时多态。虚函数通常用于在基类中定义通用的接口，而在派生类中实现具体的功能。

虚函数的特性

• 在基类中使用 virtual 关键字声明函数，即该函数为虚函数。
• 虚函数支持在派生类中重写，这样调用时会根据实际对象类型选择对应的函数。
• 通过指针或引用调用虚函数时，会执行对象实际类型中的重写函数，而不是基类的函数。

示例

#include <iostream>

class Animal {
public:
    virtual void sound() {  // 虚函数
        std::cout << "Animal sound\n";
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void sound() override {  // 重写虚函数
        std::cout << "Dog barks\n";
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void sound() override {  // 重写虚函数
        std::cout << "Cat meows\n";
    }
};

int main() {
    Animal* animal1 = new Dog();
    Animal* animal2 = new Cat();

    animal1->sound();  // 输出 "Dog barks"
    animal2->sound();  // 输出 "Cat meows"

    delete animal1;
    delete animal2;
    return 0;
}

sound 是 Animal 类的虚函数，而 Dog 和 Cat 都对其进行了重写。在 main 函数中，虽然 animal1 和 animal2 的类型是 Animal*，但在调用 sound() 时，实际执行的是派生类中的实现，这就是多态。

纯虚函数（Pure Virtual Function）

纯虚函数是一种在基类中声明但不提供具体实现的函数，纯虚函数的声明方式是将函数后面赋值为 0。包含纯虚函数的类称为抽象类，抽象类不能实例化，只能作为基类。纯虚函数的目的是在基类中定义接口而不提供实现，派生类必须重写该函数。

纯虚函数的特性

• 纯虚函数在基类中不提供实现，使用 = 0 进行声明。
• 包含纯虚函数的类不能创建对象，只能作为基类。
• 派生类必须重写纯虚函数，否则派生类本身也会成为抽象类。

示例

#include <iostream>

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

class Dog : public Animal {
public:
    void sound() override {  // 必须重写纯虚函数
        std::cout << "Dog barks\n";
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void sound() override {  // 必须重写纯虚函数
        std::cout << "Cat meows\n";
    }
};

int main() {
    Animal* animal1 = new Dog();
    Animal* animal2 = new Cat();

    animal1->sound();  // 输出 "Dog barks"
    animal2->sound();  // 输出 "Cat meows"

    delete animal1;
    delete animal2;
    return 0;
}

Animal 类中的 sound() 是一个纯虚函数，因此 Animal 是一个抽象类，不能实例化。派生类 Dog 和 Cat 必须重写 sound() 函数，以提供具体的实现。

虚函数和纯虚函数的区别

1. 定义和实现：

虚函数：在基类中定义并可能提供默认实现。

纯虚函数：在基类中定义但不提供实现，需要在派生类中实现。

2. 类的类型：

含有虚函数的类不是抽象类，可以实例化对象。

含有纯虚函数的类是抽象类，不能实例化。

3. 作用：

虚函数：提供默认行为，可以在派生类中选择性地重写。

纯虚函数：为派生类定义接口，必须在派生类中重写。

使用场景

• 虚函数：适用于需要在基类提供默认实现，但允许派生类根据需要重写的情况。
• 纯虚函数：适用于定义接口的抽象类，用于创建多态接口，让派生类实现具体行为，适合框架设计。

虚函数和纯虚函数都是实现多态的工具。虚函数允许派生类重写基类的功能，而纯虚函数强制派生类提供具体实现。