初学C++之虚函数及抽象类

Posted 2020-08-06

一、虚函数

在同一类中是不能定义两个名字相同、参数个数和类型都相同的函数的，否则就是“重复定义”。但是在类的继承层次结构中，在不同的层次中可以出现名字相同、参数个数和类型都相同而功能不同的函数。而虚函数的作用，就是让我们在基类和派生类中调用同名函数。

在程序中不是通过不同的对象名去调用不同派生层次中的同名函数，而是通过指针调用它们。

举个例子：

　　假如我们定义了一个基类Shape

class Shape
{
    public:
        void area();
　　　　　Shape()=default;
　　　　　Shape(int x,int y,int z):wid(x),len(y),rad(z) {}
　　　　　~Shape()=default;
    private:
        int wid,len,rad;
}

其中area函数用于计算面积，比如说矩形和圆，那么接下来我们就需要定义两个派生类Circle，Rectangle。但是由于基类中的area函数需要调用的是Shape中的三个私有元素。在派生类中无法调用，那么每次调用时，就得在派生类中给其另外赋值。

可是，如果将area定义为虚函数，那么在每个派生类中则可以重载，并且自定义其功能。

class Shape
{
public:
    virtual double area()=0;                                        //define abstract class and virtual funtion
    Shape() { wid = len = rad = 0; }
    Shape(int a, int b, int c) :wid(a), len(b), rad(c) {}
    ~Shape() = default;
protected:
    int wid, len, rad;

};

class Rectangle :public Shape
{
public:
    Rectangle() { wid = len = 0; }
    Rectangle(int a, int b) :wid(a), len(b) {}
    virtual double area() { return wid*len; }

    protected:
        int wid, len, rad;
};

class Circle :public Shape
{
    public:
        Circle() { rad = 0; }
        Circle(int a) :rad(a) {}
        virtual double area(){ return (double)Pi*rad*rad; }           

    protected:
        int rad;
};

...

Rectangle A(wid, len);
        Rectangle *p = &A;                                                //define a pointer,dynamic 
        cout << "The area is:" <<p->area();
　　　　　　

Circle C(rad);
        Circle *p = &C;
        cout << "The square is:" << p->area();

 

二、抽象类

什么是抽象类？个人简单理解，就是在类中含有纯虚函数。

例如上面例子中，类Shape中定义了纯虚函数：virtual double area()=0;

 

总结：

1. 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。抽象基类不能也不必要定义对象。
2. 抽象基类与普通基类不同，它一般并不是现实存在的对象的抽象（例如圆形(Circle)就是千千万万个实际的圆的抽象），它可以没有任何物理上的或其他实际意义方面的含义。
3. 在类的层次结构中，顶层或最上面的几层可以是抽象基类。抽象基类体现了本类族中各类的共性，把各类中共有的成员函数集中在抽象基类中声明。
4. 抽象基类是本类族的公共接口。或者说，从同一基类派生出的多个类有同一接口。
5. 区别静态关联和动态关联。如果是通过对象名调用虚函数（如p.area()），在编译阶段就能确定调用的是哪一个类的虚函数，所以属于静态关联。 如果是通过基类指针调用虚函数（如p->area()），在编译阶段无法从语句本身确定调用哪一个类的虚函数，只有在运行时，pt指向某一类对象后，才能确定调用的是哪 一个类的虚函数，故为动态关联。
6. 如果在基类声明了虚函数，则在派生类中凡是与该函数有相同的函数名、函数类型、参数个数和类型的函数，均为虚函数(不论在派生类中是否用virtual声明)。
7. 使用虚函数提高了程序的可扩充性。把类的声明与类的使用分离。这对于设计类库的软件开发商来说尤为重要。