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C++中纯虚函数的用途

2023-07-06 19:34:53 深夜i -- --

纯虚函数接口实现多态基类抽象类

C++中的纯虚函数是一种特殊的虚函数，它在类中只有函数声明，没有函数定义。纯虚函数通过在基类中声明而在派生类中重新定义，来实现多态性。纯虚函数可以为一个抽象类提供公共接口，这个接口可以被不同的派生类实现，使得这些类能够具备不同的功能。

纯虚函数的用途有很多，下面列举了几个典型的例子：

1. 接口设计

在设计接口时，我们通常会使接口类成为一个抽象类，其中所有的函数都是纯虚函数。这样就可以让实现这个接口的类更新其实现，不管这个实现在内部做些什么都不会影响接口类的使用。例如：


class IShape
{
 public:
  virtual ~IShape() = default;
  virtual double Area() const = 0;
  virtual double Perimeter() const = 0;
};

这个接口类IShape定义了两个纯虚函数Area和Perimeter，表明任何实现这个接口的类必须提供这两个函数的定义。这种减少了耦合性，提高了代码的可重用性。

2. 派生类的默认实现

在派生类中不一定要重新定义纯虚函数，如果派生类没有重新定义某个纯虚函数，那么就会继承基类中定义的该纯虚函数，可以实现一个或多个派生类的默认实现。例如：


class Shape
{
 public:
  virtual ~Shape() = default;
  virtual void Draw() const = 0;
  virtual void Save() const = 0;
};
class Circle : public Shape
{
 public:
  virtual void Draw() const override
  
    // 画圆
  
  // Save函数不需要在这个派生类中被重新定义，会继承基类的默认实现
};

可以看到，在Circle中我们只重新定义了Draw函数，Save函数则直接继承自基类Shape的默认实现。

3. 结构体实现多态

C++中的结构体也可以使用纯虚函数来实现多态。例如：


struct Drawable
{
 virtual ~Drawable() = default;
 virtual void Draw() const = 0;
};
struct Circle : Drawable
{
 virtual void Draw() const override
 
  // 画圆
 
};
struct Square : Drawable
{
 virtual void Draw() const override
 
  // 画正方形
 
};
void DrawAll(std::vector<Drawable*> const& drawables)
{
 for (auto&& drawable : drawables)
 {
  drawable->Draw();
 }
}

在这个例子中，我们使用了结构体Circle和Square继承自Drawable，分别实现了圆和正方形的画法。在DrawAll函数中，通过遍历一个存储指向Drawable指针的向量，我们可以使用每一个派生类的Draw函数来画不同的形状，这就是多态的表现。

在实际编程中，纯虚函数是非常常见的，可以极大地提高代码的可读性和可维护性。但是，在使用纯虚函数时，也要注意它的缺陷，比如它不能够自己被调用、不能被定义为静态成员函数等。总之，对于纯虚函数的合理使用，既能体现出C++语言的强大灵活性，也能为程序员提供编程便利和优雅代码。

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