【C++】仮想関数 (virtual) とは？ポリモーフィズム（多態性）を実現する方法

はじめに

C++の継承では、親クラス（基底クラス）へのポインタを使って、子クラス（派生クラス）のオブジェクトを指し示すことができます。しかし、ここで一つ問題があります。

親クラスのポインタ->関数() のように呼び出した場合、通常は**ポインタの型（親クラス）**で定義された関数が呼び出されてしまいます。たとえ子クラスでその関数がオーバーライドされていても、子クラス版の関数は呼ばれません。

この問題を解決し、ポインタが実際に指しているオブジェクトの種類に応じて、適切なバージョンの関数を呼び出す仕組みが「仮想関数 (virtual function)」であり、それによって実現される性質が、オブジェクト指向の三本柱の一つ「多態性（ポリモーフィズム）」です。

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仮想関数を使ったサンプルコード

このコードは、Character（親クラス）と、それを継承した Warrior, Mage（子クラス）を定義します。attack 関数を仮想関数として定義し、各クラスでオーバーライドします。

完成コード

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

// --- 親クラス（基底クラス） ---
class Character {
protected:
    string name;
public:
    Character(string n) : name(n) {}
    
    // 1. virtualを付けて、仮想関数として宣言
    virtual void attack() {
        cout << name << " の攻撃！...しかし何も起こらなかった。" << endl;
    }
};

// --- 子クラス（派生クラス） ---
class Warrior : public Character {
public:
    // 親クラスのコンストラクタを呼び出す
    Warrior(string n) : Character(n) {}

    // 2. 親クラスの仮想関数をオーバーライド
    void attack() {
        cout << name << " は剣を振った！" << endl;
    }
};

class Mage : public Character {
public:
    Mage(string n) : Character(n) {}
    
    // 2. 親クラスの仮想関数をオーバーライド
    void attack() {
        cout << name << " は魔法を唱えた！" << endl;
    }
};


int main() {
    // 3. 親クラスへのポインタの配列（vector）を作成
    vector<Character*> party;
    
    party.push_back(new Warrior("戦士"));
    party.push_back(new Mage("魔法使い"));

    cout << "--- パーティの全メンバーが攻撃！ ---" << endl;
    
    // 4. 同じ呼び出し方でも、オブジェクトの種類によって動作が変わる
    for (Character* p_char : party) {
        p_char->attack(); // ポインタ経由でattack()を呼び出し
    }

    // メモリの解放
    for (Character* p_char : party) {
        delete p_char;
    }
    
    return 0;
}

実行結果

--- パーティの全メンバーが攻撃！ ---
戦士 は剣を振った！
魔法使い は魔法を唱えた！

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コードの解説

1. virtual void attack()

親クラス Character の attack 関数の宣言の先頭に virtual を付けています。これにより、attack 関数は仮想関数となります。

2. void attack() (子クラス内)

子クラス Warrior と Mage で、それぞれ独自の attack 関数をオーバーライドしています。

3. 親クラスへのポインタの配列 (vector<Character*>)

party という vector（動的配列）は、Character クラスへのポインタを格納します。ここに、Warrior オブジェクトのアドレスと Mage オブジェクトのアドレスを入れています。（new を使って動的にオブジェクトを生成しています）

4. p_char->attack()

これが、**多態性（ポリモーフィズム）**が機能している核心部分です。

• ループ変数 p_char の型は、常に Character*（親クラスへのポインタ）です。
• にもかかわらず、p_char->attack() を呼び出すと、
  • p_char が Warrior オブジェクトを指しているときは、Warrior 版の attack() が実行されます。
  • p_char が Mage オブジェクトを指しているときは、Mage 版の attack() が実行されます。

これは、attack 関数が仮想関数であるため、C++コンパイラが「ポインタの型ではなく、ポインタが実際に指しているオブジェクトの型を見て、呼び出すべき最適な関数を、プログラムの実行時に決定する」という特別な動作（動的ディスパッチ）を行っているからです。

もし、親クラスの attack 関数から virtual キーワードを外してしまうと、実行結果は2回とも「〜の攻撃！…しかし何も起こらなかった。」となり、子クラスのオーバーライドした関数は呼ばれません。

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まとめ

今回は、C++の仮想関数と、それによって実現される多態性（ポリモーフィズム）について解説しました。

• 親クラスで、子クラスにオーバーライドされる可能性のある関数には virtual を付ける。
• virtual を付けた関数（仮想関数）は、親クラスへのポインタ経由で呼び出された場合でも、ポインタが実際に指しているオブジェクトの型でオーバーライドされた関数が実行される。
• これにより、同じインターフェース（呼び出し方）で、異なるオブジェクトに異なる振る舞いをさせることができる（多態性）。

仮想関数は、オブジェクト指向の柔軟性と拡張性を支える、非常に重要な仕組みです。