C++純虛函數和抽象類

在C++中，可以將虛函數聲明為純虛函數，語法格式為：

virtual 返回值類型 函數名 (函數參數) = 0;

純虛函數沒有函數體，只有函數聲明，在虛函數聲明的結尾加上=0，表明此函數為純虛函數。

最後的=0並不表示函數返回值為0，它只起形式上的作用，告訴編譯系統“這是純虛函數”。

包含純虛函數的類稱為抽象類（Abstract Class）。之所以說它抽象，是因為它無法實例化，也就是無法創建對象。原因很明顯，純虛函數沒有函數體，不是完整的函數，無法調用，也無法為其分配內存空間。

抽象類通常是作為基類，讓派生類去實現純虛函數。派生類必須實現純虛函數才能被實例化。

純虛函數使用舉例：

#include <iostream>
using namespace std;

//線
class Line{
public:
    Line(float len);
    virtual float area() = 0;
    virtual float volume() = 0;
protected:
    float m_len;
};
Line::Line(float len): m_len(len){ }

//矩形
class Rec: public Line{
public:
    Rec(float len, float width);
    float area();
protected:
    float m_width;
};
Rec::Rec(float len, float width): Line(len), m_width(width){ }
float Rec::area(){ return m_len * m_width; }

//長方體
class Cuboid: public Rec{
public:
    Cuboid(float len, float width, float height);
    float area();
    float volume();
protected:
    float m_height;
};
Cuboid::Cuboid(float len, float width, float height): Rec(len, width), m_height(height){ }
float Cuboid::area(){ return 2 * ( m_len*m_width + m_len*m_height + m_width*m_height); }
float Cuboid::volume(){ return m_len * m_width * m_height; }

//正方體
class Cube: public Cuboid{
public:
    Cube(float len);
    float area();
    float volume();
};
Cube::Cube(float len): Cuboid(len, len, len){ }
float Cube::area(){ return 6 * m_len * m_len; }
float Cube::volume(){ return m_len * m_len * m_len; }

int main(){
    Line *p = new Cuboid(10, 20, 30);
    cout<<"The area of Cuboid is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cuboid is "<<p->volume()<<endl;
  
    p = new Cube(15);
    cout<<"The area of Cube is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cube is "<<p->volume()<<endl;

    return 0;
}

運行結果：
The area of Cuboid is 2200
The volume of Cuboid is 6000
The area of Cube is 1350
The volume of Cube is 3375

本例中定義了四個類，它們的繼承關系為：Line --> Rec --> Cuboid --> Cube。

Line 是一個抽象類，也是最頂層的基類，在 Line 類中定義了兩個純虛函數 area() 和 volume()。

在 Rec 類中，實現了 area() 函數；所謂實現，就是定義了純虛函數的函數體。但這時 Rec 仍不能被實例化，因為它沒有實現繼承來的 volume() 函數，volume() 仍然是純虛函數，所以 Rec 也仍然是抽象類。

直到 Cuboid 類，才實現了 volume() 函數，才是一個完整的類，才可以被實例化。

可以發現，Line 類表示“線”，沒有面積和體積，但它仍然定義了 area() 和 volume() 兩個純虛函數。這樣的用意很明顯：Line 類不需要被實例化，但是它為派生類提供了“約束條件”，派生類必須要實現這兩個函數，完成計算面積和體積的功能，否則就不能實例化。

在實際開發中，你可以定義一個抽象基類，只完成部分功能，未完成的功能交給派生類去實現（誰派生誰實現）。這部分未完成的功能，往往是基類不需要的，或者在基類中無法實現的。雖然抽象基類沒有完成，但是卻強制要求派生類完成，這就是抽象基類的“霸王條款”。

抽象基類除了約束派生類的功能，還可以實現多態。請注意第 51 行代碼，指針 p 的類型是 Line，但是它卻可以訪問派生類中的 area() 和 volume() 函數，正是由於在 Line 類中將這兩個函數定義為純虛函數；如果不這樣做，51 行後面的代碼都是錯誤的。我想，這或許才是C++提供純虛函數的主要目的。

關於純虛函數的幾點說明

1) 一個純虛函數就可以使類成為抽象基類，但是抽象基類中除了包含純虛函數外，還可以包含其它的成員函數（虛函數或普通函數）和成員變量。

2) 只有類中的虛函數才能被聲明為純虛函數，普通成員函數和頂層函數均不能聲明為純虛函數。如下例所示：

//頂層函數不能被聲明為純虛函數
void fun() = 0;   //compile error

class base{
public :
    //普通成員函數不能被聲明為純虛函數
    void display() = 0;  //compile error
};