C++ 高级面试题：解释 C++ 中的抽象基类和纯虚函数

解释 C++ 中的抽象基类和纯虚函数

在C++中，抽象基类和纯虚函数是面向对象编程中的重要概念，用于实现多态性和接口规范。它们通常与继承和多态结合使用，以实现接口的统一定义和派生类的不同实现。

抽象基类（Abstract Base Class）：
抽象基类是一个包含纯虚函数的类，它用于定义接口规范但不能被实例化。抽象基类的存在是为了提供一种接口，而不是具体的实现。抽象基类只能作为其他类的基类，派生类必须实现所有基类的纯虚函数才能被实例化。

纯虚函数（Pure Virtual Function）：
纯虚函数是在基类中声明的虚函数，但没有提供具体的实现。它的声明方式是在函数声明后加上 = 0。纯虚函数告诉编译器，派生类必须提供自己的实现来满足接口规范。

示例：

// 抽象基类
class Shape {
public:// 纯虚函数，表示该函数在基类中没有实现virtual double area() const = 0;
};// 派生类1
class Circle : public Shape {
private:double radius;public:// 实现纯虚函数 area()double area() const override {return 3.14159 * radius * radius;}
};// 派生类2
class Rectangle : public Shape {
private:double width;double height;public:// 实现纯虚函数 area()double area() const override {return width * height;}
};int main() {// Shape* 类型的指针可以指向派生类对象Shape* shape1 = new Circle();Shape* shape2 = new Rectangle();// 使用指针调用纯虚函数 area()，根据对象的实际类型调用对应的实现double area1 = shape1->area();double area2 = shape2->area();delete shape1;delete shape2;return 0;
}

在这个示例中，Shape 是一个抽象基类，它包含一个纯虚函数 area()。Circle 和 Rectangle 是 Shape 的两个派生类，它们都必须实现 area() 函数才能被实例化。通过使用抽象基类和纯虚函数，我们可以实现多态性，让不同类型的对象都可以以统一的接口进行操作。

更详细具体的内容

抽象基类和纯虚函数在 C++ 中是实现多态性和接口规范的关键机制。让我们更详细地了解它们，并通过一个更复杂的示例来说明它们的用法。

抽象基类（Abstract Base Class）：
抽象基类是一个包含纯虚函数的类，它负责定义接口规范，但不能被实例化。抽象基类的目的是为了提供一种通用的接口，供派生类实现。在抽象基类中，可以包含普通的成员函数和数据成员，但通常不会包含完整的实现，因为它们没有意义。

示例：

#include <iostream>// 抽象基类 Shape
class Shape {
public:// 纯虚函数 area()，表示该函数在基类中没有实现virtual double area() const = 0;// 普通成员函数，可在基类中提供默认实现void printArea() const {std::cout << "Area: " << area() << std::endl;}// 虚析构函数，确保正确释放资源virtual ~Shape() {}
};// 派生类 Circle
class Circle : public Shape {
private:double radius;public:// 实现纯虚函数 area()double area() const override {return 3.14159 * radius * radius;}// 构造函数Circle(double r) : radius(r) {}
};// 派生类 Rectangle
class Rectangle : public Shape {
private:double width;double height;public:// 实现纯虚函数 area()double area() const override {return width * height;}// 构造函数Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
};int main() {// 创建 Circle 对象和 Rectangle 对象Circle circle(5.0);Rectangle rectangle(4.0, 6.0);// 使用基类指针操作派生类对象，体现多态性Shape* shape1 = &circle;Shape* shape2 = &rectangle;// 调用基类的成员函数，实际调用派生类的实现shape1->printArea(); // 输出: Area: 78.5398shape2->printArea(); // 输出: Area: 24return 0;
}