C++中的抽象类 - 详解

一、什么叫做抽象类

1、定义

抽象类，英文名称Abstract Class是指包含至少一个纯虚函数（Pure Virtual Function） 的类。纯虚函数是一种未提供具体实现、仅声明接口的虚函数，语法为：

virtual 返回类型 函数名(参数列表) = 0;  // "=0" 表示纯虚函数

抽象类的核心作用是定义接口规范，强制派生类实现其声明的接口，自身无法实例化对象（不能创建抽象类的对象）。

一段比较专业化的解释，给大家看的云里雾里，继续阅读下，大家就会了解了。

下面我们一步一步拆解出来看

1.1 、是指包含至少一个纯虚函数（Pure Virtual Function）的类

先来了解什么是纯虚函数，纯虚函数，的前提是必须是一个虚函数，即使用关键字Virtual修饰的函数。而纯这个性质，则使用赋值等于0的表达式来实现。

virtual 返回类型 函数名(参数列表) = 0;  // "=0" 表示纯虚函数

如定义一个返回值int类型的，包含一个参数x的纯虚函数

virtual int PV_Fun(int x) = 0;  // "=0" 表示纯虚函数

这里需要注意，虚函数从函数功能上来说，可以分为

（1）纯虚成员函数

（2）纯虚析构函数

1.2、纯虚函数是一种未提供具体实现、仅声明接口的虚函数

未提供具体实现，还是以1.1中的代码为例：

virtual int PV_Fun(int x) = 0;
注意看赋值号，=0，这是纯的定义，这里有C语言基础的同学就会问，这里虚纯函数怎么成为左值了？回到1.1中括号里补充的说明，这里的=不是赋值号，记住这点即可。

不提供具体实现，那么我定义这个函数的作用是什么喃？另外我需不需要在其他地方提供具体实现？

先回答，确实需要在其他地方提供具体实现。就是在这个类的子类中提供具体实现，看代码

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}
    double area() override {  // 实现基类的纯虚函数
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

double area() override { // 实现基类的纯虚函数
return 3.14 * radius * radius;
}
这段代码就是提供了，具体的实现，再强调一遍，这里的定义可以在前面加上virtual或者不加，在{}前加上关键字override，即说明是对虚函数具体的实现。代码编译时会自动生成虚函数表。
此外，还有两点需要注意：
必须被继承：抽象类的意义在于通过派生类实现其纯虚函数，从而实现多态。
派生类需实现所有纯虚函数：若派生类未完全实现基类的纯虚函数，则该派生类仍为抽象类（也不能实例化）。

1.3 抽象类中提供了接口，这句话该如何理解

先看一段资料中的解释，“抽象类定义模块间的交互接口，确保不同实现类遵循统一规范”

我们还是以上面代码为例：

在图形库中，Shape作为抽象类定义area()计算体积、draw()画出图形等接口，派生类Circle、Rectangle分别实现具体逻辑；

这也很好理解，circle是圆形，面积计算公式是piR平方，Rectangle是矩形，面积计算公式是宽*长。具体画法上更是不同。所以这两个函数必须在具体的类中实现。

此时又会有人问？那只要定义一个虚函数，也就能实现这样的功能，为什么还要搞一个抽象类？还要搞一个纯虚函数。

这就涉及到，1.2最后讲解的两个注意点：

这两点语法就规定了，抽象类必须被继承，不然编译错误，派生类需实现所有纯虚函数。这两点就是不能虚函数无法比拟的。

以工作的场景为例：基类是领导，派生类是他底下的员工。使用虚函数实现多态，就像是领导事无巨细的管所有事务，它会给派生类说今天干什么事，然后自己干一遍，让员工跟着这个模板干。而抽象类的领导则是，我只管布置任务，具体怎么实现，它不会干预。本质上来说，这种不干预的机制下，只要员工能力合格，工作上的效率会更高。

1.4 抽象类的其他操作与应用

这一点很重要，我们之前说，抽象类无法被实例化，但是可万万没说，抽象类不能被定义为指针。直接看代码：

int main() {
    Shape* shape = new Circle(2.0);  // 基类指针指向派生类对象（多态）
    cout << "Area: " << shape->area() << endl;  // 调用Circle的area()
    delete shape;
    return 0;
}

Shape* shape则是定义了一个抽象类的指针，然后将这个基抽象类指向其派生类。。

以下内容抽象类，可以正常包含，需要注意！！

正常的成员变量、普通成员函数（虚或非虚）、静态成员；
嵌套其他抽象类、正常类；
包含结构体、共用体等复合类型。

二、抽象类中的比较特殊的纯虚析构函数

2.1. 定义

纯虚析构函数是指被声明为纯虚函数的析构函数，语法为：

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

注意：纯虚析构函数必须提供定义（这是它与普通纯虚函数的关键区别），否则会导致链接错误。定义方式为类外实现：

Base::~Base() {  // 纯虚析构函数的定义
    // 释放基类资源（若有）
}

这里的代码，可能有点误导人，注意这个纯虚析构函数的定义，一定要放在class外，且不能放在其他class中

2.2. 核心特性

使类成为抽象类：包含纯虚析构函数的类是抽象类（即使没有其他纯虚函数），无法实例化。示例：

class Base {
public:
    virtual ~Base() = 0;  // 纯虚析构函数，使Base成为抽象类
};
Base::~Base() {}  // 必须定义
int main() {
    Base b;  // 编译错误：抽象类不能实例化
    return 0;
}

同时具备虚析构函数的特性：纯虚析构函数本质是虚析构函数（即释放内存），因此在多态场景中，通过基类指针删除派生类对象时，会正确调用派生类析构函数，再调用基类析构函数（包括纯虚析构的定义），避免资源泄漏。

示例：

class Base {
public:
    virtual ~Base() = 0;  // 纯虚析构函数（同时是虚析构）
};
Base::~Base() {  // 定义纯虚析构
    cout << "Base destructor called" << endl;
}
class Derived : public Base {
private:
    int* data;
public:
    Derived() : data(new int) {}
    ~Derived() override {  // 派生类析构（自动为虚函数）
        delete data;
        cout << "Derived destructor called" << endl;
    }
};
int main() {
    Base* ptr = new Derived();  // 基类指针指向派生类对象
    delete ptr;  // 多态删除
    return 0;
}

输出结果：

Derived destructor called  // 先调用派生类析构
Base destructor called    // 再调用基类纯虚析构的定义

注意和构造函数的继承，不一样，构造是先调用基类，基类调用完成，再来调用派生类的构造函数。

此外，还需要注意:构造函数，是不存在“虚”的状态，更不存在“纯虚”状态。

2.3. 为什么需要纯虚析构函数？

主要用于两种场景的结合：

需要将类定义为抽象类（禁止实例化），但类中没有其他适合作为纯虚函数的接口（即类的核心逻辑不需要其他纯虚函数）；
同时需要确保析构函数的多态性（避免派生类资源泄漏）。

例如，一个作为接口的基类，仅需要派生类实现构造逻辑，而无需其他接口，但又必须禁止基类实例化，此时可用纯虚析构函数。

4. 常见误区

误以为纯虚析构函数可以不定义：普通纯虚函数（如virtual void f() = 0）可以不定义（由派生类实现），但纯虚析构函数必须定义。因为派生类的析构函数会自动调用基类析构函数，若基类纯虚析构无定义，链接时会报错（未找到函数实现）。
混淆纯虚析构与普通虚析构：纯虚析构是 “纯虚 + 虚析构” 的结合，既让类抽象，又保证析构多态；普通虚析构仅保证析构多态，不使类抽象。

三、抽象类与纯虚析构函数的关系

纯虚析构函数是抽象类的一种特殊情况：包含纯虚析构函数的类必然是抽象类；
抽象类不一定需要纯虚析构函数：多数抽象类通过其他纯虚函数（如area()、run()）成为抽象类，仅在特殊场景下使用纯虚析构。

总结

抽象类是含纯虚函数的类，用于定义接口，禁止实例化，需派生类实现接口；
纯虚析构函数是特殊的纯虚函数，既使类成为抽象类，又保证析构多态性，且必须提供定义；
两者结合可满足 “接口抽象 + 析构安全” 的设计需求，是 C++ 多态和资源管理的重要工具。

posted @ 2025-12-09 17:41 yangykaifa 阅读(4) 评论(0) 收藏举报

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