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C++抽象基类和纯虚成员函数

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公共接口是指一系列成员函数的集合，支持该接口的类必须以合适的方式重新定义这些成员函数，否则就无法创建对象。C++ 中可以通过抽象基类来实现公共接口，为了介绍抽象基类，我们需要先来了解一下纯虚成员函数。

纯虚成员函数的声明语法如下：

virtual 函数返回类型 函数名 (函数参数) = 0;

纯虚成员函数没有函数体，只有函数声明，在纯虚函数声明结尾加上“=0”表明此函数为纯虚成员函数。

包含纯虚成员函数的类即为抽象基类，之所以说它抽象，那是因为它无法实例化，也即无法用于创建对象。

【例 1】 
#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    virtual void display() = 0;
    //......
};

int main()
{
    base b; //compile error
    return 0;
}
如本例所示，本例中只定义了一个 base 类，该类中声明了一个纯虚成员函数，包含纯虚成员函数的类即为抽象基类，因此 base 类为抽象基类。抽象基类是无法用于创建对象的，而主函数中我们尝试创建 base 类的对象，这是不允许的，编译提示语法错误。

纯虚成员函数可以被派生类继承，如果派生类不重新定义抽象基类中的所有（有多个则要重新定义多个）纯虚成员函数，则派生类同样会成为抽象基类，也不能用于创建对象。

【例 2】 
#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    base(){x = 0;}
    base(int a){x = a;}
    virtual void display() = 0;
    int getx(){return x;}
private:
    int x;
};

class derived1 : public base
{
public:
    derived1(int a){ y = a;}
private:
    int y;
};

class derived2 : public base
{
public:
    derived2(int a, int b):base(a){ z = b;}
    void display()
    {
        cout<<getx()<<" "<<z<<endl;
    }
private:
    int z;
}

int main()
{
    base b;    //compile error
    derived1 d1(5);   //compile error
    derived2 d2(5,6);
    d2.display();
    return 0;
}
在本例中定义了三个类：
  • base 类中有一个整型成员变量 x、两个构造函数、一个 getx() 普通成员函数和一个 display() 纯虚成员函数。
  • derived1 类继承自 base 类，该类中新增一个整型的成员变量 y，并且定义了一个构造函数。
  • derived2 类也继承自 base 类，该类同样新增了一个整型的成员变量 z，并且定义了一个带参的构造函数，还显式调用了基类中的构造函数。除此之外，derived2 类还重新定义了基类中的纯虚成员函数 display()，派生类中的 display() 函数与基类中的纯虚成员函数构成函数覆盖。

再来看一下主函数中的情况：
  • 首先尝试创建 base 类的对象，因为 base 类包含一个纯虚成员函数，所以是抽象基类，不能创建对象；
  • 又尝试创建 derived1 的对象，derived1 类继承了基类 base 中的纯虚成员函数，并且没有重新定义该函数，因此 derived1 类虽然是 base 类的派生类，但它仍然是抽象基类，因此同样不能创建对象。
  • 最后尝试创建 derived2 类的对象，该类同样是 base 类的派生类，同样从 base 类中继承了纯虚成员函数 display()。但是，该类中重新定义了 display() 函数，覆盖了基类的 display() 纯虚成员函数，因此该类不是抽象基类，可以创建对象。创建 derived2 类的对象时调用了类中的带参构造函数，之后通过对象调用 display() 函数，打印出成员变量 x 和 y 的值。

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，同样可以包含其它成员函数或成员变量。如例 2 中所示的 base 类，类中除了包含纯虚成员函数之外，还包含了一个 private 成员变量 x 和两个构造函数及一个普通成员函数 getx()。

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成员函数。如例 3 中企图将顶层函数和普通的成员函数声明为纯虚成员函数，这都是不允许的。

【例 3】 
void fun() = 0;   //compile error

class base
{
public :
    void display() = 0;  //compile error
    //......
};
抽象基类可以用于实现公共接口，在抽象基类中声明的纯虚成员函数，派生类如果想要能够创建对象，则必须全部重新定义这些纯虚成员函数。
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