[收集]c++抽象类、纯虚函数以及巧用纯虚析构函数实现接口类

在Java、C#中有关键词abstract指明抽象函数、抽象类,但是在C++中没有这个关键词,很显然,在C++也会需要只需要在基类声明某函数的情况,而不需要写具体的实现,那C++中是如何实现这一功能的,答案是纯虚函数 含有纯虚函数的类是抽象类,不能生成对象,只能派生。他派生的类的纯虚函数没有被改写,那么它的派生类还是个抽象类。定义纯虚函数就是为了让基类不可实例化化意义。

一.  纯虚函数

在许多情况下,在基类中不能给出有意义的虚函数定义,这时可以把它说明成纯虚函数,把它的定义留给派生类来做。定义纯虚函数的一般形式为:

class 类名{

 virtual 返回值类型 函数名(参数表)= 0;  // 后面的"= 0"是必须的,否则,就成虚函数了

};

纯虚函数是一个在基类中说明的虚函数,它在基类中没有定义,要求任何派生类都定义自己的版本。纯虚函数为各派生类提供一个公共界面。

从基类继承来的纯虚函数,在派生类中仍是虚函数。

二. 抽象类

1. 如果一个类中至少有一个纯虚函数,那么这个类被称为抽象类(abstract class)。

抽象类中不仅包括纯虚函数,也可包括虚函数。抽象类中的纯虚函数可能是在抽象类中定义的,也可能是从它的抽象基类中继承下来且重定义的。

2. 抽象类特点,即抽象类必须用作派生其他类的基类,而不能用于直接创建对象实例。

一个抽象类不可以用来创建对象,只能用来为派生类提供一个接口规范,派生类中必须重载基类中的纯虚函数,否则它仍将被看作一个抽象类。

3. 在effective c++上中提到,纯虚函数可以被实现(定义)(既然是纯虚函数,为什么还可以被实现呢?这样做有什么好处呢?下文中“巧用纯虚析构函数实现接口类”中将说明这一功能的目的。),但是,不能创建对象实例,这也体现了抽象类的概念。

三. 虚析构函数

虚析构函数: 在析构函数前面加上关键字virtual进行说明,称该析构函数为虚析构函数。虽然构造函数不能被声明为虚函数,但析构函数可以被声明为虚函数

一般来说,如果一个类中定义了虚函数, 析构函数也应该定义为虚析构函数。

例如:

class B

{

 virtual ~B();  //虚析构函数

  …

};

下面介绍一些实例:

#include 

class Animal
{
public:
     Animal()	//构造函数不能被声明为虚函数
     {
	printf(" Animal construct! \n");
     }
     virtual void shout() = 0;
     virtual void impl() = 0;
     virtual ~Animal() {printf(" Animal destory! \n");};   // 虚析构函数
};


void Animal::impl()        // 纯虚函数也可以被实现。
{
     printf(" Animal: I can be implement! \n");
}


class Dog: public Animal
{
public:
     Dog()
     {
	printf(" Dog construct! \n");
     }
     virtual void shout() // 必须要被实现,即使函数体是空的
     {
		 printf(" Dog: wang! wang! wang! \n");
     }
     virtual void impl()
     {
		 printf(" Dog: implement of Dog!  \n");
     }
     virtual ~Dog() {printf(" Dog destory! \n");};   // 虚析构函数
};


class Cat: public Animal
{
public:
     Cat()
     {
	printf(" Cat construct! \n");
     }
     virtual void shout() // 必须要被实现,即使函数体是空的
     {
		 printf(" Cat: miao! miao! miao! \n");
     }
    
     virtual void impl()
     {
		 printf(" Cat: implement of Cat!  \n");
     }
     virtual ~Cat() {printf(" Cat destory! \n");};   // 虚析构函数
};


/*
Animal f()  // error, 抽象类不能作为返回类型
{
      
}

void display( Animal a) //error, 抽象类不能作为参数类型
{
    
}
*/


//ok,可以声明抽象类的引用
Animal &display(Animal &a)
{
       Dog d;
       Animal &p = d;
       return p;
      
}

void test_func()
{
     //Animal a;  // error: 抽象类不能建立对象
    
    Dog dog;   //ok,可以声明抽象类的指针
    Cat cat;   //ok,可以声明抽象类的指针
   
    printf("\n");

    Animal *animal = &dog;
    animal->shout();
    animal->impl();
   
    printf("\n");
   
    animal = &cat;
    animal->shout();
    animal->impl();
   
    printf("\n");
}

int main()
{
    test_func();

    while(1);  
}


//result:
/*
Animal construct!
Dog construct!
Animal construct!
Cat construct!

Dog: wang! wang! wang!
Dog: implement of Dog!

Cat: miao! miao! miao!
Cat: implement of Cat!

Cat destory!
Animal destory!
Dog destory!
Animal destory!
*/
(YC:代码已调试无误)


四. 巧用纯虚析构函数实现接口类
c++不像java一样有纯接口类的语法,但我们可以通过一些手段实现相同的功能。

(1)能不能用“protected”实现接口类?

看如下代码:

#include 


class A
{
protected:
	virtual ~A()
	{
		printf(" A: 析构函数  \n");
	}
};
class B : public A
{
public:
	virtual ~B()
	{
		printf(" B: 析构函数  \n");
	}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	//A* p1 = new A;              //error:[1]有问题
	//delete p1;


	B* p2 = new B;		     //ok:[2]没问题,输出结果为:
	delete p2;  		     /* B: 析构函数
                                        A: 析构函数*/(注意此处还是会调用A的析构函数的,不过编译没问题)
                 
	//A* p3 = new B;
	//delete p3;                 //error:[3] 有问题


	return 0;
}

通过在类中,将类的构造函数或者析构函数申明成protected ,可以有效防止类被实例话,要说实用的话,构造函数是protected更有用,肯定能保证类不会被实例化,而如果析构函数是protected的话,构造函数不是protected的话,还可能存在编译通过的漏洞,如下:

Case1:

class A
{
protected:
	A()
	{
		printf(" A: A()  \n");
	}
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	A* p1 = new A;                //编译不通过,无法访问protected构造函数
	delete p1;

	return 0;
}

Case2:

class A
{
protected:
	~A()
	{
		printf(" A: ~A()  \n");
	}
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	A* p1 = new A;                //编译通过,此时因为仅仅是用到了A的构造函数,还不需要它的析构函数
	return 0;
}

(附:如果将main中改为:
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	A a;
	return 0;
}
则编译出错,提示无法访问protected成员A::~A().两种情况出现差异的原因是什么?

)

Case3:

class A
{
protected:
	~A()
	{
		printf(" A: ~A()  \n");
	}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	A* p1 = new A;                
	delete p1;                //编译失败,因为编译器发现A的析构函数是protected
	return 0;
}


所以,一种可行的办法貌似是这样的:

class A
{
protected:
	virtual ~A()
	{
		printf(" A: ~A()  \n");
	}
};

class B : public A
{
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	B* p =new B;       //ok:这种情况下确实是可行的(YC:仔细看会发现这种情况同“(1)看如下代码”下面的代码中ok的情况相同)
	delete  p;
	return 0;
}

由于B public继承自A,所以其可以完全访问A的构造或析构函数,但是:

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    A* p =new B;
    delete  p;                //error:由于p变成指向A的指针,字面上编译器需要知道A的析构函数,然后A的析构函数又是protected
    return 0;
}

即便像这样B显示重载了A的析构函数:

class A
{
protected:
	virtual ~A()
	{
		printf(" A: ~A()  \n");
	}
};
class B : public A
{
public:
	virtual ~B()
	{
		printf(" B: ~B()  \n");
	}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	A* p =new B;
	delete  p;        //error:也还是不行,因为重载是运行时的事情,在编译时编译器就认定了A的析构函数,结果无法访问
	return 0
}

小结:

貌似用protected这样的方法并不是很恰当,虽然在遵守一定规则的情况下确实有他的实用价值,但并不是很通用

(2)应该怎样实现接口类?

其实上面protected的思路是对的,无非是让父类无法实例化,那么为了让父类无法实例化,其实还有一个方法,使用纯虚函数

class A
{
public:            //这里就不用protected了
    virtual ~A() = 0;
};
class B : public A
{
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    B* p =new B;
    delete  p;		//编译ok,链接error
    return 0;
}

这样写貌似不错,以往大家都把类中的一般成员函数写成纯虚的,这次将析构函数写成纯虚的,更加增加通用性,编译也通过了,但就是在链接的时候出问题,报错说找不到A的析构函数的实现,很显然嘛,因为A的析构是纯虚的嘛。

那么如何修改上述代码可以达到既可以去除上述error,又可以让基类不能被实例化呢?如下所示:

class A
{
public:					//这里就不用protected了
	virtual ~A() = 0                //它虽然是个纯虚函数,但是也可以被实现
	{                               //这个语法很好很强大(完全是为了实现其接口类而弄的语法吧)
		printf(" A: ~A()  \n");
	}
};
class B : public A
{
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	B* p =new B;
	delete  p;
	A* p2 =new B;
	delete  p2;            //不用担心编译器报错了,因为此时A的析构函数是public
	return 0;
}
//result:
/*
 A: ~A()
 A: ~A()
*/ 

如此终于大功告成了,注意,不能将构造函数替代上面的析构函数的用法,因为构造函数是不允许作为虚函数的

补充:以上那个语法就真的只是为了这种情况而存在的,因为一般我们在虚类中申明的接口:

virtual foo()= 0;

virtual foo()= 0 {}

这两种写法是完全没有区别的纯虚函数的默认实现,仅仅在它是析构函数中才有意义!!!

所以可以说,老外是完全为了这一个目的而发明了这种语法...

最终的接口类

classInterface
{
public:       
    virtual ~Interface() = 0 {}
};

应该挺完美的了吧
[备注:内容多收集于网络~]


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