C++抽象类和纯虚函数
在继承层次结构中,有一项很方便的做法,可以在基类中定义一个成员函数,该函数只能在每个派生类中实现,而不能由基类本身来实现,因为合理实现所需的细节只能在派生类中找到。
如果是这种情况,那么 C++ 语言允许程序员将该函数声明为一个纯虚函数,也就是,一个在类中没有提供实现的成员函数。C++ 声明一个纯虚函数的方法是将表达式
例如,如果要将一个成员函数 void draw() 声明为纯虚函数,那么它的类中的声明语句示例如下:
派生自抽象类的类将继承基类中的所有函数,除非它覆盖继承的所有抽象函数,否则它本身也是抽象类。抽象类的用处在于它定义了一个接口,接口必须由从它派生的所有类的对象来支持。
可以把抽象类看作一个除子类外没有实例的类。现实生活中有许多抽象类的例子。例如,在动物王国中,"动物" 类就是所有动物的抽象类。所有动物的实例(例如狗、鸡、狐狸等)都属于 "动物" 抽象类中的某个子类,但 "动物" 本身不能实例化。
现在来看一看由一个形状的集合组成的图形系统,这些形状必须绘制在屏幕的某些位置上。每个形状对象都有一些成员变量来记录它的位置,并且还有一个成员函数,用于在正确位置绘制形状。该系统支持的不同形状可能包括矩形、六边形和其他形状。
因为矩形是一个形状,而六边形也是一个形状,所以单独创建一个 Shape 类是有意义的,然后就可以从 Shape 类中派生出 Rectangle 类和 Hexagon 类。Shape 类有一个成员函数 setPosition,将用于设置形状的位置;还有一个成员函数 Draw,用于绘制形状。但是,由于 Shape 是一个抽象类(没有任何形状可以是一个笼统概念上的“形状”,它必须是矩形、六边形、三角形或其他具体的形状),绘制一个特定形状的逻辑必须委托给一个合适的子类,因此,draw() 函数不能在 Shape 类中实现,必须将它声明为一个纯虚函数。
下面的程序演示了上述 Shape 类,它具有两个派生类:Rectangle 和 Hexagon。该类声明了一个纯虚函数 draw(),该函数将由其两个子类实现。main 函数使用了一个指针矢量来维护一个 Shape 对象的集合。
关于抽象基类和纯虚函数,请记住以下知识要点:
如果是这种情况,那么 C++ 语言允许程序员将该函数声明为一个纯虚函数,也就是,一个在类中没有提供实现的成员函数。C++ 声明一个纯虚函数的方法是将表达式
=0
放在类声明中,而函数的主体则不存在。例如,如果要将一个成员函数 void draw() 声明为纯虚函数,那么它的类中的声明语句示例如下:
void draw()= 0;
纯虚函数有时称为抽象函数,而如果某个类至少有一个纯虚函数,那么它将被称为抽象类。C++ 编译器不允许实例化一个抽象类。抽象类只能被子类化,也就是说,只能使用它们作为派生其他类的基类。派生自抽象类的类将继承基类中的所有函数,除非它覆盖继承的所有抽象函数,否则它本身也是抽象类。抽象类的用处在于它定义了一个接口,接口必须由从它派生的所有类的对象来支持。
可以把抽象类看作一个除子类外没有实例的类。现实生活中有许多抽象类的例子。例如,在动物王国中,"动物" 类就是所有动物的抽象类。所有动物的实例(例如狗、鸡、狐狸等)都属于 "动物" 抽象类中的某个子类,但 "动物" 本身不能实例化。
现在来看一看由一个形状的集合组成的图形系统,这些形状必须绘制在屏幕的某些位置上。每个形状对象都有一些成员变量来记录它的位置,并且还有一个成员函数,用于在正确位置绘制形状。该系统支持的不同形状可能包括矩形、六边形和其他形状。
因为矩形是一个形状,而六边形也是一个形状,所以单独创建一个 Shape 类是有意义的,然后就可以从 Shape 类中派生出 Rectangle 类和 Hexagon 类。Shape 类有一个成员函数 setPosition,将用于设置形状的位置;还有一个成员函数 Draw,用于绘制形状。但是,由于 Shape 是一个抽象类(没有任何形状可以是一个笼统概念上的“形状”,它必须是矩形、六边形、三角形或其他具体的形状),绘制一个特定形状的逻辑必须委托给一个合适的子类,因此,draw() 函数不能在 Shape 类中实现,必须将它声明为一个纯虚函数。
下面的程序演示了上述 Shape 类,它具有两个派生类:Rectangle 和 Hexagon。该类声明了一个纯虚函数 draw(),该函数将由其两个子类实现。main 函数使用了一个指针矢量来维护一个 Shape 对象的集合。
// This program demonstrates abstract base // classes and pure virtual functions. #include <iostream> #include <memory> #include <vector> using namespace std; class Shape { protected: int posX, posY; public: virtual void draw() const =0; void setPosition(int pX, int pY) { posX = pX; posY = pY; } }; class Rectangle : public Shape { public: virtual void draw() const { cout << "Drawing rectangle at " << posX << " " << posY << endl; } }; class Hexagon : public Shape { public: virtual void draw() const { cout << "Drawing hexagon at " << posX << " " << posY << endl; } }; int main() { // Create vector of pointers to Shapes of various types vector<shared_ptr<Shape>> shapes { make_shared<Hexagon>(), make_shared<Rectangle>(), make_shared<Hexagon>() }; // Set positions of all the shapes int posX = 5, posY = 15; for (int k = 0; k < shapes.size (); k++) { shapes[k]->setPosition(posX, posY); posX += 10; posY += 10; }; // Draw all the shapes at their positions for (int j =0; j < shapes.size (); j++) { shapes[j]->draw(); } return 0; }程序输出结果:
Drawing hexagon at 5 15
Drawing rectangle at 15 25
Drawing hexagon at 25 35
shapeArray[j]->draw();
它将在循环中执行不同的次数。for (int j = 0; j <shapes.size (); j ++) { shapeArray[j]->draw(); }第一次执行语句时,它将调用六边形对象的 draw 函数;而第二次执行时,它将调用矩形对象的 draw 函数。因为这两个 draw 函数是在不同的类中,所以它们会产生不同的行为。
关于抽象基类和纯虚函数,请记住以下知识要点:
- 当一个类包含一个纯虚函数时,它是一个抽象基类。
- 抽象基类不能被实例化。
-
纯虚函数用
=0
表达式声明,并且没有函数体或定义。 - 在需要实例化的派生类中必须覆盖纯虚函数。
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