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c++中纯虚函数和抽象类的概念_c++抽象类与接口设计详解

冰火之心

发布： 2025-10-23 15:12:02

原创

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含有纯虚函数的类为抽象类，不能实例化；派生类必须实现纯虚函数，否则仍为抽象类。示例中Shape含纯虚函数draw()，Circle继承并实现draw()后可实例化。

c++中纯虚函数和抽象类的概念_c++抽象类与接口设计详解

在C++中，纯虚函数和抽象类是实现多态和接口设计的重要机制。它们为面向对象程序设计提供了定义接口的能力，强制派生类实现特定行为，是构建可扩展、可维护系统的基础。

纯虚函数：强制重写的虚函数

纯虚函数是一种特殊的虚函数，它在基类中声明但不提供实现，要求派生类必须提供具体实现。语法上，使用 = 0 来标识一个函数为纯虚函数。

例如：

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0; // 纯虚函数
    virtual ~Shape() = default;
};

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上面的 draw() 是一个纯虚函数。任何从 Shape 派生的类都必须实现 draw()，否则该派生类也将成为抽象类。

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纯虚函数只能出现在虚函数上下文中
它可以有函数体（少见），但仍需写 = 0
含有纯虚函数的类不能实例化

抽象类：不能实例化的类

只要一个类包含至少一个纯虚函数，它就被称为抽象类。抽象类不能直接创建对象，只能作为基类被继承。

继续上面的例子：

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle.\n";
    }
};

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此时 Circle 实现了纯虚函数，因此不再是抽象类，可以实例化：

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// Shape s;     // 错误：抽象类不能实例化
Circle c;
Shape* ptr = &c; // 正确：可通过指针或引用操作
ptr->draw();     // 输出: Drawing a circle.

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抽象类可以包含普通成员函数、成员变量和其他非纯虚函数
抽象类常用于定义接口或公共行为框架
析构函数也可以是纯虚的，但需要提供定义（通常为空）

接口设计：通过抽象类模拟接口

C++没有像Java那样的 interface 关键字，但可以通过只包含纯虚函数的抽象类来实现类似“接口”的效果。

例如，设计一个“可序列化”接口：

class Serializable {
public:
    virtual std::string serialize() const = 0;
    virtual void deserialize(const std::string& data) = 0;
    virtual ~Serializable() = default;
};

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任何想支持序列化的类都可以继承这个接口并实现对应方法：

class Person : public Serializable {
    std::string name;
public:
    std::string serialize() const override {
        return "Person:" + name;
    }
    void deserialize(const std::string& data) override {
        name = data.substr(7); // 简单示例
    }
};

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这样，在需要处理不同类型的可序列化对象时，可以统一使用 Serializable* 指针操作，提高代码通用性。