在C++中，纯虚函数和抽象类是面向对象编程中重要的概念 。本文将会深入探讨这两个概念的含义、如何定义和使用它们，以及它们在实际开发中的应用 。
【C++进阶：纯虚函数和抽象类的奥秘】
文章插图
什么是纯虚函数？在C++中，纯虚函数是指在基类中声明但没有实现的虚函数 。纯虚函数的定义语法如下：
virtual 返回类型 函数名 (参数列表) = 0;其中 "= 0" 表示该函数是纯虚函数 。纯虚函数没有函数体，因此不能被直接调用 。它的主要作用是为其派生类提供一个接口，强制要求派生类必须实现它 。下面是一个简单的例子，展示了如何定义一个纯虚函数：
class Shape {public:virtual double area() const = 0;// 纯虚函数};class Rectangle : public Shape {public:double area() const override {// 计算矩形面积的具体实现}};class Circle : public Shape {public:double area() const override {// 计算圆形面积的具体实现}};在上面的例子中，Shape 是一个抽象基类，它包含一个纯虚函数 area() 。Rectangle 和 Circle 都是 Shape 的派生类，并且必须实现 area() 函数 。什么是抽象类？抽象类是指包含纯虚函数的类，不能直接实例化 。抽象类的目的是为了作为其他类的基类，从而规范它们的行为 。
在C++中，我们可以通过将类中的至少一个函数声明为纯虚函数来实现抽象类 。如果一个类中有一个纯虚函数，那么它就是抽象类 。抽象类的定义语法如下：
class abstract_class {public:virtual void pure_virtual_function() = 0;// 纯虚函数virtual void non_pure_virtual_function() {};};抽象类中除了纯虚函数外，还可以有非纯虚函数 。非纯虚函数可以有函数体，因此它可以在抽象类中被实现 。但是，如果一个派生类没有实现抽象类中的纯虚函数，那么这个派生类也将成为抽象类 。下面是一个简单的例子，展示了如何定义一个抽象类：
class Animal {public:virtual void sound() = 0;// 纯虚函数virtual void eat() {// 非纯虚函数的默认实现}};class Dog : public Animal {public:void sound() override {// 狗叫的具体实现}};class Cat : public Animal {public:void sound() override {// 猫叫的具体实现}};在上面的例子中，Animal 是一个抽象类，它包含一个纯虚函数 sound() 和一个非纯虚函数 eat() 。Dog 和 Cat 都是 Animal 的派生类，并且必须实现 sound() 函数 。纯虚函数和抽象类的应用纯虚函数和抽象类在实际开发中有着广泛的应用 。下面列举了一些常见的应用场景：
- 接口定义：在很多情况下，我们需要定义一个接口，但是这个接口的实现可能会有所不同 。这时，我们可以使用纯虚函数来定义接口，从而规范不同实现的行为 。
- 多态性实现：多态性是面向对象编程中的重要概念之一，它允许我们在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数 。在C++中，多态性可以通过纯虚函数和抽象类来实现 。例如，我们可以定义一个基类 Animal，并将它的 sound() 函数声明为纯虚函数 。然后，我们可以定义多个派生类，如 Dog、Cat 等，并分别实现它们的 sound() 函数 。当我们使用基类指针来调用 sound() 函数时，实际上会调用派生类的具体实现，从而实现多态性 。
- 代码复用：通过继承抽象类，我们可以复用抽象类中定义的接口和行为 。例如，我们可以定义一个 Shape 类，将它的 area() 函数声明为纯虚函数 。然后，我们可以定义多个派生类，如 Rectangle、Circle 等，并分别实现它们的 area() 函数 。这样，我们就可以通过基类指针来访问不同的派生类对象，并调用它们的 area() 函数，从而实现代码复用 。
- 规范代码行为：通过抽象类，我们可以规范派生类的行为 。例如，我们可以定义一个基类 Animal，并将它的 eat() 函数声明为纯虚函数 。然后，我们可以定义多个派生类，如 Herbivore、Carnivore 等，并分别实现它们的 eat() 函数 。这样，我们就可以规范不同类型的动物的饮食行为 。
在使用纯虚函数和抽象类时，需要注意以下几点：
