C++ 抽象类 (abstract class)

Posted 2021-06-13 我是小白呀

C++ 抽象类

• 概述
• 抽象类 vs 具体类
• 案例
• 抽象类的作用
• 总结

概述

抽象类 (abstract class), 是一些不用来定义对象, 而只作为基类被继承的类. 由于抽象类常用作基类, 所以通常称为抽象基类 (abstract base class).

定义抽象类的唯一目的, 就是去建立派生类. 我们在抽象类基础上要定义出功能各异的派生类, 再用这些派生类去建立对象.

抽象类 vs 具体类

凡是包含纯虚函数的类都是抽象类. 纯虚函数不用实现, 故不能被调用, 抽象类无法建立对象. 抽象类的作用是作为一个类簇的共同基类, 即为一个类簇提供一个公共接口.

许多好的面向对象的系统, 其层次结构的顶部是一个抽象类, 甚至顶部有好几层都是抽象类. 如果在抽象类所派生出的新类中对基类的所有纯虚数进行了定义. 那么这些函数就被赋予了具体的功能, 可以被调用. 这个派生类就不是抽象类, 而是可以用来定义对象的具体类 (concrete class).

如果在派生类中每有对所有纯函数进行定义, 则此派生类仍然是抽象类, 不能用来定义对象.

案例

创建基类 Shape (形状), 作为抽象类. Point (点), Circle (园) 是 Shape 类的直接派生类和间接派生类, Cylinder (圆柱体) 是 Shape 的间接派生类.

Shape 类:

#ifndef PROJECT6_SHAPE_H
#define PROJECT6_SHAPE_H

class Shape {
public:
    virtual double area() const {return 0.0;}
    virtual double volume() const {return 0.0;}
    virtual void shapeName() const = 0;
};

#endif //PROJECT6_SHAPE_H

Point:

#ifndef PROJECT6_POINT_H
#define PROJECT6_POINT_H

#include <iostream>
#include "Shape.h"
using namespace std;

class Point : public Shape{
private:
    double a, b;
public:
    Point(double p1, double p2) : a(p1), b(p2) {};
    virtual void shapeName() const {  // 对虚函数进行再定义
        cout << "This is point with a = "<< a <<" b = " << b << endl;
    }
};

#endif //PROJECT6_POINT_H

Circle:

#ifndef PROJECT6_CIRCLE_H
#define PROJECT6_CIRCLE_H

#include <iostream>
#include "Shape.h"
using namespace std;

class Circle : public Shape{
protected:
    double r;
public:
    Circle(double radius) : r(radius) {};
    virtual void shapeName() const {  // 对虚函数进行再定义
        cout << "This is circle with r = "<< r << endl;
    }
};

#endif //PROJECT6_CIRCLE_H

Cylinder 类:

#ifndef PROJECT6_CYLINDER_H
#define PROJECT6_CYLINDER_H

#include <iostream>
#include "Circle.h"
using namespace std;

class Cylinder : public Circle{
private:
    double h;
public:
    Cylinder(double r, double height) : Circle(r), h(height) {};
    virtual void shapeName() const {  // 对虚函数进行再定义
        cout << "This is circle with r = "<< r << " h = " << h << endl << endl;
    }
};

#endif //PROJECT6_CYLINDER_H

main:

#include <iostream>
#include "Shape.h"
#include "Point.h"
#include "Circle.h"
#include "Cylinder.h"
using namespace std;

int main() {
    // 创建对象
    Point point1(1.2, 2.3);  // 点对象
    Circle circle1(2.5);  // 圆对象
    Cylinder cylinder1(3.5, 7);

    point1.shapeName();
    circle1.shapeName();
    cylinder1.shapeName();

    Shape *pt;  // 指向基类的指针
    pt = &point1;
    pt->shapeName();
    pt = &circle1;
    pt->shapeName();
    pt = &cylinder1;
    pt->shapeName();

    return 0;
}

输出结果:

This is point with a = 1.2 b = 2.3
This is circle with r = 2.5
This is circle with r = 3.5 h = 7

This is point with a = 1.2 b = 2.3
This is circle with r = 2.5
This is circle with r = 3.5 h = 7

抽象类的作用

虽然说抽象类不能定义对象, 但是可以定义指向抽象类数据的指针变量. 当派生类称为具体类之后, 就可以用这种指针指向派生类对象. 然后通过该指针调用虚函数, 实现多态性的操作.

抽象类接口是面向对象程序设计中的核心概念, 是各种设计模式中必需的机制.

总结

• 一个基类如果包含一个或一个以上纯虚函数, 就是抽象基类
• 抽象类不能也不必要定义对象
• 抽象基类与普通基类不同, 它不是现实存在的对象的抽象
• 在类的层次结构中, 顶层或最上面的几层可以是抽象基类. 抽象基类体现了类族各类的共性, 把各类中共有的成员函数集中在抽象基类中声明
• 抽象类是类族的公共接口
• 利用虚函数和多态性, 我们可以让执行环境处理特殊性, 减少工作量和工作难度