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我们在开发时，什么时候用到虚函数和纯虚函数？

news 来源：原创 2025/5/9 18:38:04

在曾经学习面向对象的概念上，对虚函数和纯虚函数的区别，我们都会止于这样的理解层面：虚函数是用于被子类可继承可重写的函数，而纯虚函数是子类继承后就必须重写的函数。但是在开发工作上，却有很多开发者是没法彻底参透到其中的代码设计艺术，于是会把代码写得一塌糊涂。

面向对象其实是个很好的设计理念，如果能够掌握好如何使用它，那么我们就会把开发的事情做得游刃有余。

以下我稍微讲讲它们该如何使用的恰当，才能展现出代码的扩展性和提高代码质量。

举个简单的例子（这个例子可能不是很恰当，但我不想花太多心思去选择合适的例子，暂且就这样吧），我要实现一个打印文件的功能。

功能需求是这样的：

1、同时支持打印不同格式的文件内容，如 PDF、Excel.
2、打印 PDF 分为两种打印方式：PDF 文件 和 打印机打印纸质文件。
3、PDF 可选是否打印彩色内容。

纯虚函数的使用方式

纯虚函数的特点：

基类定义的纯虚函数，是子类继承后必须要实现的函数。
至少存在一个纯虚函数的基类，一定是一个抽象类，不能直接实例化。

实现一个通用的打印类：


// 打印基类抽象
class Printer
{
public:
    Printer() { }
    ~Printer() {}

    virtual void Print(std::string filePath) = 0;
    virtual void Read(std::string filePath) = 0;

};

// PDF 打印类
class PDFPrinter : public Printer
{
public:
    explicit PDFPrinter():Printer() {}
    ~PDFPrinter() {}


    void Print(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "print a PDF.";
    }

    void Read(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "Read content from a PDF file.";
    }

};

// Excel 打印类
class ExcelPrinter : public Printer
{
public:
    explicit ExcelPrinter():Printer() {}
    ~ExcelPrinter() {}


    void Print(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "print a Excel.";
    }

    void Read(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "Read content from a Excel file.";
    }

};

// 简单工厂模式
class PrinterFactory
{
public:
    static bool CreatePrinter(std::string tag)
    {
        Printer* printer = nullptr;
        if (tag == "PDF")
        {
            printer = new PDFPrinter();
        }
        else if(tag == "Excel")
        {
            printer = new ExcelPrinter();
        }

        if (printer != nullptr)
        {
            printerVector[tag] = printer;
            return true;
        }

        return false;

        
    }

    static Printer* getPrinter(std::string tag)
    {
       return printerVector[tag];
    }

private:
    static std::map<std::string, Printer*> printerVector;
};
std::map<std::string, Printer*> PrinterFactory::printerVector = { };

int main()
{
    // 在外部创建时
    PrinterFactory::CreatePrinter("PDF");
    PrinterFactory::CreatePrinter("Excel");
    // 在外部引用时
    Printer* pdfPrinter = PrinterFactory::getPrinter("PDF"); 
    pdfPrinter->Print("xxxxfilePath");
    // 代码的低耦合，可以灵活调整软件需求。
    //如果需求改为我只想要打印 Excel 功能，只需要改为 getPrinter("Excel"); 就可以了。 

}

从上面例子看出，纯虚函数的作用如下：

纯虚函数一般适用在子类都有共同的功能，PDF 和 Excel 打印类都有打印和读取的功能。但是各自相同功能的实现逻辑不相同。
在外部使用时，统一使用抽象接口来处理这些行为函数，以提高代码变动的灵活性和扩展性。

虚函数的使用方式

虚函数的特点：

基类定义的虚函数，是子类可继承也可重写的行为函数。
不存在纯虚函数的基类，可以被实例化。

在打印功能扩展一些操作：

// PDF 基类，PDF 内容排版
class PDFBase
{
public:
    PDFBase() { }
    ~PDFBase() {}

    virtual void SetIsColor(bool isColor = false) {
        std::cout << "default Color:" << isColor; 
    }

    virtual void SetPrintType(std::string type) {
        std::cout << "A standard pdf format."; 
    }
};


// PDFBase 被 PDFPrinter 继承
class PDFPrinter : public Printer, public PDFBase
{
public:
    explicit PDFPrinter():Printer() {}
    ~PDFPrinter() {}

    void Print(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "print a PDF.";
    }

    void Read(std::string filePath) override
    {
        std::cout << "Read content from a PDF file.";
    }

    void SetPrintType(std::string type) 
    { 
        std::cout << "print type:"<< type; 
    }
     
};

int main()
{
    // 在外部创建时
    PrinterFactory::CreatePrinter("PDF");
    // 在外部引用时
    Printer* pdfPrinter = PrinterFactory::getPrinter("PDF");
    PDFBase* pdfBase = dynamic_cast<PDFBase*>(pdfPrinter);
    pdfBase->SetPrintType("打印机");
    // 但是如果将 getPrinter("PDF") 改为Excel 类型，则转换 pdfBase 就会为 NUll。
    // 所以在转换类型时，要养成先判断实例是否为空的习惯。
    // 如果仅仅为了展示 PDF 内容样式，如编辑 PDF 内容样式后进行存储参数值，
    //但是不进行打印操作，则可以直接实例化 PDFBase。
     PDFBase* pdfBaseVar = new PDFBase();
     pdfBaseVar->SetIsColor(true);
     SaveConfig(pdfBaseVar); // 保存在本地里，以便下次打印操作时需要；
     
}

从上面例子看出，虚函数的作用如下：

虚函数一般适用在子类只继承不需要重写的函数，如 SetIsColor。
虚函数也一般适用于某些子类有扩展的特性，如 pdf 有虚拟打印和打印机打印，而 Excel 却只支持虚拟打印出文件。
在外部使用时，对于局部区域的专注使用较为便利。如 PDF 打印时弹出打印内容排版选项，只使用 pdfBase 来专门处理内容的，而避免了 PDFPrinter 错误调用 read 等操作的影响。

睡前随便写写，写得可能有点乱，但应该不难理解，将就着看吧。