OOP答案：亚型多态性

在C++中，需要虚拟方法来实现多态性，如果应用维基百科中的定义，则更准确地说是子类型或子类型多态性。

维基百科，分类，2019-01-09：在编程语言理论中，子类型化（也称为子类型多态性或包含多态性）是类型多态性的一种形式，其中子类型是通过某种可替代性概念与另一个数据类型（父类型）相关的数据类型，这意味着程序元素（通常是子例程或函数），编写为对父类型的元素进行操作也可以对子类型的元素执行操作。

注意：子类型表示基类，子类型表示继承类。

关于亚型多态性的进一步阅读

https://en.wikipedia.org/wiki/Subtypinghttps://en.wikipedia.org/wiki/Polymorphism_（computer_science）#子类型

技术答案：动态调度

如果您有一个指向基类的指针，那么方法的调用（声明为虚拟）将被分派到所创建对象的实际类的方法。这就是亚型多态性是如何在C++中实现的。

进一步阅读C++中的多态性与动态调度

http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/polymorphism/https://en.cppreference.com/w/cpp/language/virtual

实现答案：创建vtable条目

对于方法上的每个修饰符“virtual”，C++编译器通常会在声明方法的类的vtable中创建一个条目。这就是常见的C++编译器实现动态调度的方式。

进一步阅读vtables

https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table

示例代码

#include <iostream>

using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() = 0; // no implementation needed, for abstract classes
    virtual ~Animal(){};
};

class Cat : public Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise()
    {
        cout << "Meow!" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() { // needs to be virtual, if subtype polymorphism is also needed for Dogs
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

class Doberman : public Dog {
public:
    virtual void MakeTypicalNoise() {
        cout << "Woo, woo, woow!";
        cout << " ... ";
        Dog::MakeTypicalNoise();
    }
};

int main() {

    Animal* apObject[] = { new Cat(), new Dog(), new Doberman() };

    const   int cnAnimals = sizeof(apObject)/sizeof(Animal*);
    for ( int i = 0; i < cnAnimals; i++ ) {
        apObject[i]->MakeTypicalNoise();
    }
    for ( int i = 0; i < cnAnimals; i++ ) {
        delete apObject[i];
    }
    return 0;
}

示例代码输出

Meow!
Woof!
Woo, woo, woow! ... Woof!

代码示例的UML类图

我们需要支持“运行时多态性”的虚拟方法。当使用指针或对基类的引用引用派生类对象时，可以为该对象调用虚拟函数并执行派生类版本的函数。

当基类中有函数时，可以在派生类中重新定义或重写它。

重新定义方法：派生类中给出了基类方法的新实现。不便于动态绑定。

重写方法：在派生类中重新定义基类的虚拟方法。虚拟方法有助于动态绑定。

所以当你说：

但在书的早些时候，当我了解基本遗传时能够重写派生类中的基方法，而不使用“虚拟”。

因为基类中的方法不是虚拟的，所以您不是在重写它，而是在重新定义它

跟进@user6359267的回答，C++范围层次结构是

global -> namespace -> class -> local -> statement

因此，每个类都定义了一个范围。如果不是这样的话，子类中的重写函数实际上会在同一范围内重新定义函数，而链接器不允许这样做：

在每个翻译单元中使用之前必须声明函数，并且一个函数只能在整个程序（跨所有翻译单元）的给定范围内定义一次

由于每个类都定义了自己的作用域，因此被调用的函数是在调用该函数的对象的类中定义的函数。所以

#include <iostream>
#include <string>

class Parent
{
public:
    std::string GetName() { return "Parent"; }
};

class Child : public Parent
{
public:
    std:::string GetName() { return "Child"; }
};

int main()
{
    Parent* parent = new Parent();
    std::cout << parent->GetName() << std::endl;

    Child* child = new Child();
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    *parent = child;
    std::cout << child->GetName() << std::endl;

    return 0;
}

输出

Parent
Child
Parent

因此，我们需要一种方法来告诉编译器应该在运行时而不是编译时确定要调用的函数。这就是虚拟关键字的作用。

这就是为什么函数重载被称为编译时多态（或早期绑定），而虚拟函数重写被称为运行时多态（或者后期绑定）。

细节：

在内部，当编译器看到一个虚拟函数时，它会创建一个类成员指针，该指针使用.*和->*运算符一般指向该类的成员（而不是对象中该成员的特定实例）。他们的工作是允许您访问一个类的成员，该成员具有指向该成员的指针。这些很少被程序员直接使用（也许除非你正在编写一个编译器来实现“虚拟”）。

如果基类是base，派生类是Der，则可以有一个base*p指针，它实际上指向Der的实例。当您调用p->foo（）；时；，如果foo不是虚拟的，则执行Base版本的foo，忽略p实际上指向Der的事实。如果foo是虚拟的，则p->foo（）执行foo的“最叶”覆盖，充分考虑指向项的实际类。因此，虚拟和非虚拟之间的区别实际上非常关键：前者允许运行时多态性，这是OO编程的核心概念，而后者则不允许。

为什么我们需要虚拟功能？

虚拟函数避免了不必要的类型转换问题，我们中的一些人会争论，当我们可以使用派生类指针来调用派生类中特定的函数时，为什么需要虚拟函数！答案是，它否定了在大型系统开发中继承的全部思想，因为在大型系统中，非常需要使用单指针基类对象。

让我们比较以下两个简单的程序，以了解虚拟函数的重要性：

无虚拟功能的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

class father
{
    public: void get_age() {cout << "Fathers age is 50 years" << endl;}
};

class son: public father
{
    public : void get_age() { cout << "son`s age is 26 years" << endl;}
};

int main(){
    father *p_father = new father;
    son *p_son = new son;

    p_father->get_age();
    p_father = p_son;
    p_father->get_age();
    p_son->get_age();
    return 0;
}

输出：

Fathers age is 50 years
Fathers age is 50 years
son`s age is 26 years

具有虚拟功能的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

class father
{
    public:
        virtual void get_age() {cout << "Fathers age is 50 years" << endl;}
};

class son: public father
{
    public : void get_age() { cout << "son`s age is 26 years" << endl;}
};

int main(){
    father *p_father = new father;
    son *p_son = new son;

    p_father->get_age();
    p_father = p_son;
    p_father->get_age();
    p_son->get_age();
    return 0;
}

输出：

Fathers age is 50 years
son`s age is 26 years
son`s age is 26 years

通过仔细分析这两个输出，可以理解虚拟函数的重要性。