C++纯虚函数与抽象类设计模式应用

纯虚函数通过=0声明，含纯虚函数的类为抽象类，不可实例化；子类必须实现纯虚函数才能实例化。1. 纯虚函数定义统一接口，如virtual double area() const = 0;。2. 抽象类用于多态设计，如Shape基类派生Circle、Rectangle。3. 策略模式中，SortStrategy定义sort接口，QuickSort、MergeSort实现不同算法。4. 工厂方法模式中，Creator定义createProduct纯虚函数，子类决定产品类型。5. 接口隔离通过基类指针容器统一调用，如vector存储不同图形，运行时调用各自area()。6. 多态调用提升扩展性，新增类无需修改现有代码。合理使用可增强灵活性与维护性，避免过度设计。

在C++中，纯虚函数和抽象类是实现接口定义和多态行为的重要机制，广泛应用于面向对象设计模式中。它们为程序提供了良好的扩展性和维护性，尤其适用于需要统一接口但具体实现各异的场景。

纯虚函数与抽象类的基本概念

纯虚函数是在基类中声明但不提供实现的虚函数，使用= 0语法标记。包含至少一个纯虚函数的类称为抽象类，不能直接实例化。

例如：

class Shape {
public:
    virtual double area() const = 0;  // 纯虚函数
    virtual ~Shape() = default;
};

从Shape派生的子类必须实现area()函数，否则仍是抽象类。

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用于策略模式的设计实现

策略模式允许在运行时选择算法。通过抽象类定义统一接口，不同策略作为具体子类实现。

例如，定义一个排序策略接口：

class SortStrategy {
public:
    virtual void sort(std::vector& data) = 0;
    virtual ~SortStrategy() = default;
};
class QuickSort : public SortStrategy {
public:
void sort(std::vector& data) override {
// 快速排序实现
}
};
class MergeSort : public SortStrategy {
public:
void sort(std::vector& data) override {
// 归并排序实现
}
};

使用时可通过指针或引用调用sort()，无需关心具体实现，便于替换和扩展。

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工厂方法模式中的抽象基类应用

工厂方法模式利用抽象类定义产品接口，由子类决定实例化哪种具体产品。

例如：

class Product {
public:
    virtual void use() const = 0;
    virtual ~Product() = default;
};
class ConcreteProductA : public Product {
public:
void use() const override { / 使用A产品 / }
};
class Creator {
public:
virtual Product* createProduct() = 0;
void doWork() {
std::unique_ptr p(createProduct());
p->use();
}
virtual ~Creator() = default;
};

子类重写createProduct()返回具体对象，实现创建逻辑的延迟和解耦。

接口隔离与多态调用

抽象类可作为接口类，强制派生类实现特定行为，同时支持容器存储和统一调用。

例如：

std::vector> shapes;
shapes.push_back(std::make_unique(3.0));
shapes.push_back(std::make_unique(4.0, 5.0));
for (const auto& s : shapes) {
std::cout << "Area: " << s->area() << "\n";
}

通过基类指针调用area()，实际执行子类实现，体现运行时多态。

基本上就这些。纯虚函数和抽象类是构建可扩展系统的基础工具，合理使用能显著提升代码的灵活性和可维护性。关键在于明确接口职责，避免过度设计。