C++纯虚函数和抽象类

有时候在基类中声明函数并不是基类本身的需要，而是考虑到派生类的需求，在基类中声明一个函数，函数的具体实现由派生类根据本类的需求定义。

例如，动物都有叫声，但不同的动物叫声不同，因此基类（动物类）并不需要实现描述动物叫声的函数，只需要声明即可，函数的具体实现在各派生类中完成。

在基类中，这样的函数可以声明为纯虚函数。

C++纯虚函数

纯虚函数也通过virtual 关键字声明，但是纯虚函数没有函数体。纯虚函数在声明时，需要在后面加上“=0”，格式如下所示：

virtual 函数返回值类型 函数名（参数列表） =  0;

上述格式中，纯虚函数后面“=0”并不是函数的返回值为 0，它只是告诉编译器这是一个纯虚函数，在派生类中会完成具体的实现。

纯虚函数的作用是在基类中为派生类保留一个接口，方便派生类根据需要完成定义，实现多态。

派生类都应该实现基类的纯虚函数，如果派生类没有实现基类的纯虚函数，则该函数在派生类中仍然是纯虚函数。

C++抽象类

如果一个类中包含纯虚函数，这样的类称为抽象类。抽象类的作用主要是通过它为一个类群建立一个公共接口（纯虚函数），使它们能够更有效地发挥多态性。抽象类声明了公共接口，而接口的完整实现由派生类定义。

抽象类只能作为基类派生新类，不能创建抽象类的对象，但可以定义抽象类的指针或引用，通过指针或引用操作派生类对象。

抽象类可以有多个纯虚函数，如果派生类需要实例化对象，则在派生类中需要全部实现基类的纯虚函数。如果派生类没有全部实现基类的纯虚函数，未实现的纯虚函数在派生类中仍然是纯虚函数，则派生类也是抽象类。

【示例1】下面通过案例演示纯虚函数和抽象类的应用，C++ 代码如下：

#include<iostream>
using namespace std;
class Animal      //动物类Animal
{
public:
    virtual void speak()=0;    //纯虚函数speak()
    virtual void eat()=0;   //纯虚函数eat()
    virtual ~Animal();     //虚析构函数
};
Animal::~Animal()
{
    cout<<"调用Animal析构函数"<<endl;
}
class Cat:public Animal    //猫类Cat，公有继承Animal类
{
public:
    void speak();      //声明speak()函数
    void eat();     //声明eat()函数
    ~Cat();      //声明析构函数
};
void Cat::speak()     //实现speak()函数
{
    cout<<"小猫喵喵叫"<<endl;
}
void Cat::eat()     //实现eat()函数
{
    cout<<"小猫吃鱼"<<endl;
}
Cat::~Cat()      //实现析构函数
{
    cout<<"调用Cat析构函数"<<endl;
}
class Rabbit:public Animal    //兔子类Rabbit，公有继承Animal类
{
public:
    void speak();      //声明speak()函数
    void eat();     //声明eat()函数
    ~Rabbit();      //声明析构函数
};
void Rabbit::speak()    //实现speak()函数
{
    cout<<"小兔子咕咕叫"<<endl;
}
void Rabbit::eat()     //实现eat()函数
{
    cout<<"小兔子吃白菜"<<endl;
}
Rabbit::~Rabbit()     //实现析构函数
{
    cout<<"调用Rabbit析构函数"<<endl;
}
int main()
{
    Animal* pC=new Cat;    //定义基类指针pC指向Cat类对象
    pC->speak();      //通过pC指针调用Cat类的speak()函数
    pC->eat();      //通过pC指针调用Cat类的eat()函数
    delete pC;      //释放pC指针指向的空间
    Animal* pR=new Rabbit;    //定义基类指针pR指向Rabbit类对象
    pR->speak();      //通过pR指针调用Rabbit类的speak()函数
    pR->eat();      //通过pR指针调用Rabbit类的eat()函数
    delete pR;      //释放pR指针指向的空间
    return 0;
}

运行结果：

小猫喵喵叫
小猫吃鱼
调用Cat析构函数
调用Animal析构函数
小兔子咕咕叫
小兔子吃白菜
调用Rabbit析构函数
调用Animal析构函数

示例分析：

• 第 3～9 行代码定义了动物类 Animal，该类提供了 speak() 和 eat() 两个纯虚函数；
• 第 14～20 行代码定义了猫类 Cat 公有继承 Animal 类，Cat 类实现了 Animal 类的全部纯虚函数；
• 第 33～39 行代码定义了兔子类 Rabbit 公有继承 Animal 类，Rabbit 类实现了 Animal 类的全部纯虚函数；
• 第 54～57 行代码，在 main() 函数中定义了 Animal 类指针 pC 指向一个 Cat 类对象，并通过 pC 指针调用 speak() 函数和 eat() 函数，之后使用 delete 运算符释放 pC 指针指向的空间；
• 第 58～61 行代码，定义 Animal 类指针 pR 指向一个 Rabbit 类对象，并通过 pR 指针调用 speak() 函数和 eat() 函数，之后使用 delete 运算符释放 pR 指针指向的空间。

由运行结果可知，Cat 类和 Rabbit 类对象创建成功，并且通过基类指针 pC 和 pR 成功调用了各派生类的函数，实现了多态。在释放指针指向的空间时，先调用了派生类的析构函数，后调用了基类析构函数。

上述示例中 Animal 类是抽象类，如果创建 Animal 类对象，编译器会报错，例如在 main() 函数中添加如下代码：

Animal animal;

再次运行程序，编译器会报错，如下所示：

“Animal”:不能实例化抽象类
不允许使用抽象类类型“Animal”的对象:

如果 Animal 类的某个派生类没有全部实现纯虚函数，则派生类也是抽象类，不能创建该派生类的对象。

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