[收集]c++抽象类、纯虚函数以及巧用纯虚析构函数实现接口类

在Java、C#中有关键词abstract指明抽象函数、抽象类，但是在C++中没有这个关键词，很显然，在C++也会需要只需要在基类声明某函数的情况，而不需要写具体的实现，那C++中是如何实现这一功能的，答案是纯虚函数。 含有纯虚函数的类是抽象类，不能生成对象，只能派生。他派生的类的纯虚函数没有被改写，那么它的派生类还是个抽象类。定义纯虚函数就是为了让基类不可实例化化，因为实例化这样的抽象数据结构本身并没有意义，或者给出实现也没有意义。

一.  纯虚函数

在许多情况下，在基类中不能给出有意义的虚函数定义，这时可以把它说明成纯虚函数，把它的定义留给派生类来做。定义纯虚函数的一般形式为：

class 类名{

 virtual 返回值类型 函数名（参数表）= 0;  // 后面的"= 0"是必须的，否则，就成虚函数了

};

纯虚函数是一个在基类中说明的虚函数，它在基类中没有定义，要求任何派生类都定义自己的版本。纯虚函数为各派生类提供一个公共界面。

从基类继承来的纯虚函数，在派生类中仍是虚函数。

二. 抽象类

1. 如果一个类中至少有一个纯虚函数，那么这个类被称为抽象类（abstract class）。

抽象类中不仅包括纯虚函数，也可包括虚函数。抽象类中的纯虚函数可能是在抽象类中定义的，也可能是从它的抽象基类中继承下来且重定义的。

2. 抽象类特点，即抽象类必须用作派生其他类的基类，而不能用于直接创建对象实例。

一个抽象类不可以用来创建对象，只能用来为派生类提供一个接口规范，派生类中必须重载基类中的纯虚函数，否则它仍将被看作一个抽象类。

3. 在effective c++上中提到，纯虚函数可以被实现（定义）（既然是纯虚函数，为什么还可以被实现呢？这样做有什么好处呢？下文中“巧用纯虚析构函数实现接口类”中将说明这一功能的目的。），但是，不能创建对象实例，这也体现了抽象类的概念。

三. 虚析构函数

虚析构函数: 在析构函数前面加上关键字virtual进行说明，称该析构函数为虚析构函数。虽然构造函数不能被声明为虚函数，但析构函数可以被声明为虚函数。

一般来说，如果一个类中定义了虚函数， 析构函数也应该定义为虚析构函数。

例如：

class B

{

 virtual ~B();  //虚析构函数

  …

};

下面介绍一些实例：

#include <stdio.h>class Animal{public:     Animal()//构造函数不能被声明为虚函数     {printf(" Animal construct! \n");     }     virtual void shout() = 0;     virtual void impl() = 0;     virtual ~Animal() {printf(" Animal destory! \n");};   // 虚析构函数};void Animal::impl()        // 纯虚函数也可以被实现。{     printf(" Animal: I can be implement! \n");}class Dog: public Animal{public:     Dog()     {printf(" Dog construct! \n");     }     virtual void shout() // 必须要被实现，即使函数体是空的     { printf(" Dog: wang! wang! wang! \n");     }     virtual void impl()     { printf(" Dog: implement of Dog!  \n");     }     virtual ~Dog() {printf(" Dog destory! \n");};   // 虚析构函数};class Cat: public Animal{public:     Cat()     {printf(" Cat construct! \n");     }     virtual void shout() // 必须要被实现，即使函数体是空的     { printf(" Cat: miao! miao! miao! \n");     }         virtual void impl()     { printf(" Cat: implement of Cat!  \n");     }     virtual ~Cat() {printf(" Cat destory! \n");};   // 虚析构函数};/*Animal f()  // error, 抽象类不能作为返回类型{      }void display( Animal a) //error, 抽象类不能作为参数类型{    }*///ok，可以声明抽象类的引用Animal &display(Animal &a){       Dog d;       Animal &p = d;       return p;      }void test_func(){     //Animal a;  // error: 抽象类不能建立对象        Dog dog;   //ok，可以声明抽象类的指针    Cat cat;   //ok，可以声明抽象类的指针       printf("\n");    Animal *animal = &dog;    animal->shout();    animal->impl();       printf("\n");       animal = &cat;    animal->shout();    animal->impl();       printf("\n");}int main(){    test_func();    while(1);  }//result:/*Animal construct!Dog construct!Animal construct!Cat construct!Dog: wang! wang! wang!Dog: implement of Dog!Cat: miao! miao! miao!Cat: implement of Cat!Cat destory!Animal destory!Dog destory!Animal destory!*/(YC：代码已调试无误)

四. 巧用纯虚析构函数实现接口类
c++不像java一样有纯接口类的语法，但我们可以通过一些手段实现相同的功能。

（1）能不能用“protected”实现接口类？

看如下代码：

#include <stdio.h>class A{protected:virtual ~A(){printf(" A: 析构函数  \n");}};class B : public A{public:virtual ~B(){printf(" B: 析构函数  \n");}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){//A* p1 = new A;              //error：[1]有问题//delete p1;B* p2 = new B;     //ok：[2]没问题，输出结果为：delete p2;       /* B: 析构函数                                        A: 析构函数*/（注意此处还是会调用A的析构函数的，不过编译没问题）                 //A* p3 = new B;//delete p3;                 //error：[3] 有问题return 0;}

通过在类中，将类的构造函数或者析构函数申明成protected ，可以有效防止类被实例话，要说实用的话，构造函数是protected更有用，肯定能保证类不会被实例化，而如果析构函数是protected的话，构造函数不是protected的话，还可能存在编译通过的漏洞，如下：

Case１：

class A{protected:A(){printf(" A: A()  \n");}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){A* p1 = new A;                //编译不通过，无法访问protected构造函数delete p1;return 0;}

Case2：

class A{protected:~A(){printf(" A: ~A()  \n");}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){A* p1 = new A;                //编译通过，此时因为仅仅是用到了A的构造函数，还不需要它的析构函数return 0;}（附：如果将main中改为：int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){A a;return 0;}则编译出错，提示无法访问protected成员A::~A().两种情况出现差异的原因是什么？）

Case3：

class A{protected:~A(){printf(" A: ~A()  \n");}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){A* p1 = new A;                delete p1;                //编译失败，因为编译器发现A的析构函数是protectedreturn 0;}

所以，一种可行的办法貌似是这样的：

class A{protected:virtual ~A(){printf(" A: ~A()  \n");}};class B : public A{};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){B* p =new B;       //ok:这种情况下确实是可行的（YC：仔细看会发现这种情况同“（1）看如下代码”下面的代码中ok的情况相同）delete  p;return 0;}

由于B public继承自A，所以其可以完全访问A的构造或析构函数，但是：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){    A* p =new B;    delete  p;                //error：由于p变成指向A的指针，字面上编译器需要知道A的析构函数，然后A的析构函数又是protected    return 0;}

即便像这样B显示重载了A的析构函数：

class A{protected:virtual ~A(){printf(" A: ~A()  \n");}};class B : public A{public:virtual ~B(){printf(" B: ~B()  \n");}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){A* p =new B;delete  p;        //error：也还是不行，因为重载是运行时的事情，在编译时编译器就认定了A的析构函数，结果无法访问return 0}

小结：

貌似用protected这样的方法并不是很恰当，虽然在遵守一定规则的情况下确实有他的实用价值，但并不是很通用

（2）应该怎样实现接口类？

其实上面protected的思路是对的，无非是让父类无法实例化，那么为了让父类无法实例化，其实还有一个方法，使用纯虚函数。

class A{public:            //这里就不用protected了    virtual ~A() = 0;};class B : public A{};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){    B* p =new B;    delete  p;//编译ok，链接error    return 0;}

这样写貌似不错，以往大家都把类中的一般成员函数写成纯虚的，这次将析构函数写成纯虚的，更加增加通用性，编译也通过了，但就是在链接的时候出问题，报错说找不到A的析构函数的实现，很显然嘛，因为A的析构是纯虚的嘛。

那么如何修改上述代码可以达到既可以去除上述error，又可以让基类不能被实例化呢？如下所示：

class A{public://这里就不用protected了virtual ~A() = 0                //它虽然是个纯虚函数，但是也可以被实现{                               //这个语法很好很强大（完全是为了实现其接口类而弄的语法吧）printf(" A: ~A()  \n");}};class B : public A{};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){B* p =new B;delete  p;A* p2 =new B;delete  p2;            //不用担心编译器报错了，因为此时A的析构函数是publicreturn 0;}//result：/* A: ~A() A: ~A()*/ 

如此终于大功告成了，注意，不能将构造函数替代上面的析构函数的用法，因为构造函数是不允许作为虚函数的。

补充：以上那个语法就真的只是为了这种情况而存在的，因为一般我们在虚类中申明的接口：

virtual foo()= 0;

virtual foo()= 0 {}

这两种写法是完全没有区别的，纯虚函数的默认实现，仅仅在它是析构函数中才有意义！！！

所以可以说，老外是完全为了这一个目的而发明了这种语法...

最终的接口类

classInterface{public:           virtual ~Interface() = 0 {}};

应该挺完美的了吧
[备注：内容多收集于网络~]