C++学习25 纯虚函数和抽象类

在C++中，可以将成员函数声明为纯虚函数，语法格式为：

virtual 函数返回类型 函数名 (函数参数) = 0;

纯虚函数没有函数体，只有函数声明，在虚函数声明结尾加上=0，表明此函数为纯虚函数。

最后的=0并不表示函数返回值为0，它只起形式上的作用，告诉编译系统“这是纯虚函数”。

包含纯虚成员函数的类称为抽象类（Abstract Class）。之所以说它抽象，是因为它无法实例化，也就是无法创建对象。原因很明显，纯虚函数没有函数体，不是完整的函数，无法调用，也无法为其分配内存空间。

抽象类通常是作为基类，让派生类去实现纯虚函数。派生类必须实现纯虚函数才能被实例化。

纯虚函数使用举例：

#include <iostream>
using namespace std;
//线
class Line{
protected:
    float len;
public:
    Line(float len): len(len){}
    virtual float area() = 0;
    virtual float volume() = 0;
};
//矩形
class Rec: public Line{
protected:
    float width;
public:
    Rec(float len, float width): Line(len),width(width){}
    float area(){ return len*width; }
};
//长方体
class Cuboid: public Rec{
protected:
    float height;
public:
    Cuboid(float len, float width, float height): Rec(len, width), height(height){}
    float area(){ return 2*(len*width + len*height + width*height); }
    float volume(){ return len*width*height; }
};
//正方体
class Cube: public Cuboid{
public:
    Cube(float len): Cuboid(len, len, len){}
    float area(){ return 6*len*len; }
    float volume(){ return len*len*len; }
};
int main(){
    Line *p = new Cuboid(10, 20, 30);
    cout<<"The area of Cuboid is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cuboid is "<<p->volume()<<endl;
   
    p = new Cube(15);
    cout<<"The area of Cube is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cube is "<<p->volume()<<endl;
    return 0;
}

本例中定义了四个类，它们的继承关系为：Line --> Rec --> Cuboid --> Cube。

Line 是一个抽象类，也是最顶层的基类，在 Line 类中定义了两个纯虚函数 area() 和 volume()。

在 Rec 类中，实现了 area() 函数；所谓实现，就是定义了纯虚函数的函数体。但这时 Rec 仍不能被实例化，因为它没有实现继承来的 volume() 函数，volume() 仍然是纯虚函数，所以 Rec 也仍然是抽象类。

直到 Cuboid 类，才实现了 volume() 函数，才是一个完整的类，才可以被实例化。

可以发现，Line 类表示“线”，没有面积和体积，但它仍然定义了 area() 和 volume() 两个纯虚函数。这样的用意很明显：Line 类不需要被实例化，但是它为派生类提供了“约束条件”，派生类必须要实现这两个函数，完成计算面积和体积的功能，否则就不能实例化。

在实际开发中，你可以定义一个抽象基类，只完成部分功能，未完成的功能交给派生类去实现（谁派生谁实现）。这部分未完成的功能，往往是基类不需要的，或者在基类中无法实现的。虽然抽象基类没有完成，但是却强制要求派生类完成，这就是抽象基类的“霸王条款”。

抽象基类除了约束派生类的功能，还可以实现多态。请注意代码第 39 行，指针 p 的类型是 Line，但是它却可以访问派生类中的 area() 和 volume() 函数，正是由于在 Line 类中将这两个函数定义为纯虚函数；如果不这样做，39行后面的代码都是错误的。我想，这或许才是C++提供纯虚函数的主要目的。

关于纯虚函数的几点说明：

1) 一个纯虚成员函数就可以使类成为抽象基类，但是抽象基类中除了包含纯虚成员函数外，还可以包含其它的成员函数（虚函数或普通函数）和成员变量。

2) 只有类中的虚函数才能被声明为纯虚成员函数，普通成员函数和顶层函数均不能声明为纯虚函数。如下例所示：

//顶层函数不能被声明为纯虚函数
void fun() = 0;   //compile error
class base{
public :
    //普通成员函数不能被声明为纯虚函数
    void display() = 0;  //compile error
};