C++抽象基类定义与使用

在 C++ 中，抽象基类（Abstract Base Class, ABC） 是一种特殊的类，用于定义接口规范和束缚派生类的行为。它通过纯虚函数（Pure Virtual Function）强制要求派生类实现特定功能，自身不能被实例化。以下是抽象基类的核心概念和使用方法：

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1. 定义抽象基类

抽象基类必须包含至少一个 纯虚函数，语法为在虚函数声明后添加 = 0：

1. class Shape {
2. public:
3.     // 纯虚函数：没有实现，必须由派生类覆盖
4.     virtual double area() const = 0;
5.     virtual double perimeter() const = 0;
7.     // 普通虚函数（可选，可提供默认实现）
8.     virtual void printInfo() const {
9.         std::cout << "This is a shape." << std::endl;
10.     }
12.     // 虚析构函数（必须！确保正确释放资源）
13.     virtual ~Shape() = default;
14. };

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2. 抽象基类的特性

• 不可实例化：抽象基类不能直接创建对象。
  1. Shape s;  // 错误：无法实例化抽象类

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• 强制派生类实现接口：派生类必须覆盖全部纯虚函数，否则仍是抽象类。
  
• 支持多态：通过基类指针或引用操作派生类对象。
  

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3. 派生类实现示例

1. class Circle : public Shape {
2. private:
3.     double radius;
5. public:
6.     Circle(double r) : radius(r) {}
8.     // 必须实现基类的纯虚函数
9.     double area() const override {
10.         return 3.14159 * radius * radius;
11.     }
13.     double perimeter() const override {
14.         return 2 * 3.14159 * radius;
15.     }
17.     // 可覆盖基类的普通虚函数（可选）
18.     void printInfo() const override {
19.         std::cout << "This is a circle." << std::endl;
20.     }
21. };

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4. 使用抽象基类实现多态

1. int main() {
2.     Shape* shape = new Circle(5.0);
3.    
4.     // 调用派生类实现的函数
5.     std::cout << "Area: " << shape->area() << std::endl;      // 输出圆的面积
6.     std::cout << "Perimeter: " << shape->perimeter() << std::endl;
7.     shape->printInfo();  // 调用派生类的 printInfo()
9.     delete shape;
10.     return 0;
11. }

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5. 关键注意事项

• 虚析构函数：基类的析构函数必须声明为虚函数，确保正确释放派生类资源。
  
• 接口规范：抽象基类用于定义通用接口，强制派生类遵守统一行为。
  
• 纯虚函数的默认实现（C++11 起）：
  1. virtual void someFunction() const = 0 { /* 默认实现 */ }

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  派生类可通过 BaseClass::someFunction() 调用默认实现。
  

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6. 抽象基类 vs 接口

• 抽象基类：可以包含数据成员、平凡成员函数和纯虚函数。
  
• 接口（类似 Java）：仅包含纯虚函数（无数据成员和平凡函数），但 C++ 中通过纯抽象类模拟：
  1. class ISerializable {
  2. public:
  3.     virtual void serialize() const = 0;
  4.     virtual void deserialize() = 0;
  5.     virtual ~ISerializable() = default;
  6. };

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总结

抽象基类是 C++ 实现多态和接口规范的核心工具，通过纯虚函数强制派生类实现特定功能，确保代码的同等性和可扩展性。它在计划模式（如工厂模式、策略模式）和大型项目架构中广泛应用。

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