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c++中什么是纯虚函数和抽象类_c++接口设计与多态实现讲解

尼克

尼克

发布时间:2025-11-01 18:09:02

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来源于php中文网

原创

纯虚函数是声明时加=0且无实现的虚函数,要求派生类必须重写;包含纯虚函数的类为抽象类,不能实例化,仅用于定义接口规范。

c++中什么是纯虚函数和抽象类_c++接口设计与多态实现讲解

在C++中,纯虚函数抽象类是实现多态和接口设计的重要机制。它们为程序提供了统一的接口规范,同时允许不同子类提供各自的具体实现。

什么是纯虚函数

纯虚函数是一种特殊的虚函数,它在基类中声明但不提供实现,要求派生类必须重写该函数。纯虚函数的语法是在函数声明后加上 = 0

例如:

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;  // 纯虚函数
};

上面的 draw() 就是一个纯虚函数。它告诉所有继承自 Shape 的类:你必须实现自己的 draw() 函数。

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关键点:

  • 纯虚函数不能有函数体(也可提供定义,但很少见)
  • 包含纯虚函数的类无法实例化
  • 派生类必须重写所有继承的纯虚函数,否则该派生类也是抽象类

什么是抽象类

只要类中有一个纯虚函数,这个类就被称为抽象类。抽象类不能直接创建对象,它的作用是作为其他类的基类,定义公共接口。

继续上面的例子:

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        cout << "Drawing a circle." << endl;
    }
};

这里 Circle 继承自抽象类 Shape,并实现了 draw() 函数。现在可以创建 Circle 对象,并通过基类指针调用其方法。

使用方式示例:

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下载
Shape* shape = new Circle();
shape->draw();  // 输出: Drawing a circle.

这就是典型的多态行为:基类指针指向派生类对象,调用的是派生类的实现。

C++中的接口设计与多态实现

虽然C++没有像Java那样的 interface 关键字,但可以通过抽象类模拟接口。

一个理想的“接口类”应该:

  • 只包含纯虚函数
  • 不含成员变量(或仅含静态常量)
  • 析构函数应为虚函数(防止资源泄漏)

推荐写法:

class Drawable {
public:
    virtual ~Drawable() = default;         // 虚析构函数
    virtual void draw() const = 0;         // 绘图接口
    virtual int area() const = 0;          // 面积计算接口
};

多个类可以实现这个接口:

class Rectangle : public Drawable {
    int w, h;
public:
    Rectangle(int w, int h) : w(w), h(h) {}
    void draw() const override {
        cout << "Drawing rectangle " << w << "x" << h << endl;
    }
    int area() const override {
        return w * h;
    }
};

然后可以在不关心具体类型的情况下统一处理:

void render(const Drawable& obj) {
    cout << "Area: " << obj.area() << endl;
    obj.draw();
}

这样就实现了接口与实现分离,增强了代码的可扩展性和可维护性。

基本上就这些。掌握纯虚函数和抽象类,是写出灵活、可复用C++代码的基础。多态让程序能在运行时决定调用哪个版本的函数,而抽象类则帮助我们设计清晰的模块边界。

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