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纯虚函数（Pure Virtual Function）详解

news 来源：原创 2025/5/20 4:52:27

纯虚函数（Pure Virtual Function）详解

1. 基本定义

纯虚函数是C++中一种特殊的虚函数，用于在基类中定义抽象接口。
语法形式：在虚函数声明后加上 = 0。

class Base {
public:
    virtual void func() = 0; // 纯虚函数
};

2. 核心特性

必须被派生类重写：所有继承该基类的具体子类都必须实现这个函数。
基类不可实例化：包含纯虚函数的类称为抽象类，不能直接创建对象。

Base obj; // 错误！抽象类不能实例化

3. 与普通虚函数的区别

特性	普通虚函数	纯虚函数
是否有默认实现	可以有默认实现（可选的）	无默认实现（必须由子类实现）
基类能否实例化	可以（基类为具体类）	不能（基类是抽象类）
是否强制子类重写	否（子类可选择是否重写）	是（子类必须重写）

4. 典型应用场景

定义接口规范：强制所有子类实现统一的方法。
实现多态：通过基类指针调用不同子类的实现。
框架设计：例如在GUI库中定义Shape基类，要求子类必须实现 draw() 方法。

示例代码：

// 抽象基类：动物
class Animal {
public:
    virtual void makeSound() = 0; // 纯虚函数
};

// 具体子类：狗
class Dog : public Animal {
public:
    void makeSound() override {    // 必须实现
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

// 具体子类：猫
class Cat : public Animal {
public:
    void makeSound() override {    // 必须实现
        cout << "Meow!" << endl;
    }
};

// 使用多态
Animal* animal1 = new Dog();
Animal* animal2 = new Cat();
animal1->makeSound(); // 输出 "Woof!"
animal2->makeSound(); // 输出 "Meow!"

5. 高级用法

纯虚析构函数

抽象类需要析构函数时，必须显式定义（即使它是纯虚的）：

class AbstractBase {
public:
    virtual ~AbstractBase() = 0; // 纯虚析构函数
};

AbstractBase::~AbstractBase() {} // 必须提供实现

接口类（C++11+）

使用 override 关键字明确表示重写：

class Interface {
public:
    virtual void method() = 0;
    virtual ~Interface() = default;
};

class Concrete : public Interface {
public:
    void method() override { /* 实现 */ }
};

6. 注意事项

子类未实现纯虚函数

若子类未完全实现所有纯虚函数，该子类仍为抽象类。

class Bird : public Animal { 
    // 未实现 makeSound(), Bird 仍是抽象类
};
Bird b; // 编译错误！

多继承中的纯虚函数

避免多继承的纯虚函数冲突，需明确指定实现：

class A { public: virtual void func() = 0; };
class B { public: virtual void func() = 0; };
class C : public A, public B {
public:
    void func() override { /* 统一实现 */ }
};