【C++ | 抽象类】纯虚函数 和 抽象基类，为什么需要抽象基类

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🤣本文内容🤣：🍭介绍 抽象基类 和 纯虚函数 🍭
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🎄一、概述

在生活中，有时会使用到比较抽象的词语，例如下面这个场景：

A：帮我把那个“东西”拿过来。
B：你是说，桌面的那个杯子吗？
A：是的。

这个场景中的“东西”就属于抽象的词语。而在C++编程中，有时也会出现这样抽象的语法。例如，我们可能会定义一个“动物”基类，但代码中不会定义一个“动物”的实例，而是将“动物”基类派生出“狗”、“猫”等派生类，再使用派生类去实例化。

本文主要介绍下面几个内容：
1、什么是纯虚函数？
2、什么是抽象基类？
3、为什么需要抽象基类？

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🎄二、纯虚函数

上篇文章：【C++ | 虚函数】虚函数详解 及 例子代码演示(包含虚函数使用、动态绑定、虚函数表、虚表指针)，我们详细地介绍了虚函数以及C++怎样实现虚函数的，但有一个也是很重要的知识点没在上篇文章介绍，这个知识点就是 纯虚函数。

纯虚函数：本质上也是虚函数，在虚函数的函数原型的分号前加上=0就可以将一个虚函数说明为纯虚函数。
下面代码声明了一个虚函数 eat：

virtual void eat() =0;

纯虚函数的特点：
1、纯虚函数声明就是在函数原型分号前加=0；
2、纯虚函数允许只有声明，没有定义(实现)；
3、纯虚函数可以没有定义，也可以有定义，但纯虚函数的定义只能在类外。
4、只有虚函数可以加=0，非虚函数加=0会编译报错：error: initializer specified for non-virtual method

🌰举例子

// g++ 24_pure_virtual.cpp
#include <iostream>
using namespace std;class CAnimal{
public:// 1、纯虚函数声明就是在函数原型分号前加`=0`// 2、纯虚函数允许只有声明，没有定义(实现)；virtual void eat() =0;	virtual void run() =0;
};// 3、纯虚函数的定义只能在类外。
inline void CAnimal::run()
{cout << "Animal run" << endl;
}int main ()
{}

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🎄三、抽象基类

抽象基类：英文名称是abstract base class，缩写为ABC。抽象基类是包含了至少一个纯虚函数的基类，在代码中只能用来做基类，不能用来实例化对象。

抽象基类虽然不能实例化对象，但可以定义抽象基类的指针或引用，以此来管理其派生类对象。

抽象基类的特点：
1、抽象基类至少有一个纯虚函数；
2、抽象基类不能创建对象；
3、抽象基类要求派生类必须重写纯虚函数，以此来规范派生类的接口(函数)；
4、派生类必须重写抽象基类中的所有纯虚函数，否则也是抽象类，无法实例化对象。
5、抽象基类的纯虚函数一般没有定义，即使有定义也没法创建对象去调用。

🌰举例子

// g++ 24_pure_virtual2.cpp
#include <iostream>
using namespace std;class CAnimal{
public:virtual void eat() =0;	// 纯虚函数，本类是抽象基类virtual void run() =0;
};class CCat : public CAnimal{
public:// 没有重写基类的所有纯虚函数，本类是抽象类virtual void eat(){cout << "cat eat" << endl;}
};class CDog : public CAnimal{
public:// 重写基类的所有纯虚函数，本类不是抽象类virtual void eat(){cout << "dog eat" << endl;}virtual void run(){cout << "dog run" << endl;}
};// 纯虚函数的定义只能在类外。
inline void CAnimal::run()
{cout << "Animal run" << endl;
}int main ()
{//CAnimal animal;	// 报错：error: cannot declare variable ‘animal’ to be of abstract type ‘CAnimal’//CCat cat;	// 报错：error: cannot declare variable ‘cat’ to be of abstract type ‘CCat’CDog dog;CAnimal *pAnimal = &dog;pAnimal->run();pAnimal->CAnimal::run(); // 指定调用基类的run
}

运行结果：

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🎄四、为什么需要抽象类

之前一直在想，很多代码明明使用普通类也可以，为什么需要定义抽象类呢？

需要定义抽象基类的几个原因：

• 1、将接口与实现分离。接口是软件产品最有价值的资源，设计接口比实现接口需要耗费更昂贵的成本。因此，要将接口保护起来，以免在针对客户需求修改实现的时候，程序员不小心把接口破坏掉。
  我们将一些必要的接口(函数)定义在抽象类，要求派生类必须按照这个格式去重写，如果不重写就休想创建对象。也就是说，抽象类将具体实现延迟到子类中，提供代码重用性和一定程度的设计约束。
• 2、避免某些基类被实例化是不合理的。例如“形状”这个基类，被实例化之后反而会让人相当费解，所以干脆将“形状”这个类定义为抽象类，由它派生出正方形，三角形等子类。
• 3、提示作用，当我们看到抽象基类就会知道其派生类一定会重写纯虚函数，而且也会去找抽象类的指针或引用，看看是否实现多态。其次，看到抽象类也知道它不会定义对象，也就不会去代码里找抽象类的对象了。

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🎄五、总结

本文介绍了C++的纯虚函数、抽象基类，以及怎样使用它们，最后介绍了需要抽象基类的原因。

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参考：
《C++ primer》
《C++ primer plus》
C++为什么要定义抽象基类？
为什么需要抽象类和接口?
为什么使用抽象类？有什么好处？