C++如何实现多态_C++接口类与纯虚函数定义规范【设计】

多态必须通过基类指针或引用触发，值传递导致对象切片和静态绑定；接口类须全纯虚函数+虚析构；override强制编译器检查重写正确性；虚表带来轻微内存开销。

多态必须靠指针或引用才能触发

直接用对象值传递或局部变量声明，编译器会在编译期就绑定函数（静态绑定），virtual 和 override 完全无效。只有通过基类指针或引用调用虚函数时，才会查虚表、走动态绑定。

• ✅ 正确写法：Base* p = new Derived(); p->func(); 或 Base& ref = derived_obj; ref.func();
• ❌ 错误写法：Base obj = Derived(); obj.func(); —— 这里发生对象切片，Derived 特有部分被丢弃，只剩 Base 子对象
• 注意：std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 同样支持多态，且更安全

接口类必须只含纯虚函数和析构函数

所谓“接口类”，本质是契约定义，不提供实现、不维护状态。c++ 中没有 interface 关键字，靠全纯虚函数 + 显式虚析构实现。

• 纯虚函数写法统一用 = 0，不能带函数体：virtual void draw() = 0;
• 必须声明虚析构函数：virtual ~Shape() = default; 或 virtual ~Shape() {}，否则 delete 派生类指针时析构不完整
• 禁止在接口类中定义非静态数据成员、普通函数、构造函数（除默认/虚析构外）
• 若需默认行为，应拆成抽象基类（含部分实现）+ 接口类（仅契约），不要混用

override 是强制检查，不是可选项

override 不只是语义提示，它让编译器验证：该函数是否真的重写了基类的虚函数。漏写或拼错签名会导致意外的重载而非重写，多态失效却无报错。

• 基类函数没加 virtual？子类加 override 直接编译失败
• 参数类型不一致（比如 const int* vs int*）、const 修饰位置不同、返回类型协变没满足条件，都会触发错误
• 现代项目应开启编译器警告（如 -Woverloaded-virtual 或 /we4263），配合 override 形成双重保险

虚函数表开销小但不可忽视

每个含虚函数的类对象隐式携带一个指向虚表的指针（通常 8 字节，64 位平台），虚表本身存于只读段，大小取决于虚函数个数。对内存极度敏感的场景（如嵌入式、高频小对象池）要权衡。

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• 空接口类（全纯虚 + 虚析构）的对象大小仍是 sizeof(void*)，不是 0
• 多重继承下虚表更复杂，可能产生多个虚表指针，sizeof 可能翻倍
• 若确定无需运行时多态，优先用模板 + concept（C++20）或策略模式替代虚函数，零成本抽象

虚析构函数的写法、override 的强制性、以及值语义导致的切片问题，这三点在真实项目里最容易被跳过或误判——尤其是当测试用例只覆盖了“看起来能跑通”的路径时。