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约束派生类的行为。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：

class Shape {
public:
    // 纯虚函数：没有实现，必须由派生类覆盖
    virtual double area() const = 0;
    virtual double perimeter() const = 0;

    // 普通虚函数（可选，可提供默认实现）
    virtual void printInfo() const {
        std::cout << "This is a shape." << std::endl;
    }

    // 虚析构函数（必须！确保正确释放资源）
    virtual ~Shape() = default;
};

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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。

  Shape s;  // 错误：无法实例化抽象类
  

• 强制派生类实现接口：派生类必须覆盖所有纯虚函数，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

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

public:
    Circle(double r) : radius(r) {}

    // 必须实现基类的纯虚函数
    double area() const override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }

    double perimeter() const override {
        return 2 * 3.14159 * radius;
    }

    // 可覆盖基类的普通虚函数（可选）
    void printInfo() const override {
        std::cout << "This is a circle." << std::endl;
    }
};

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4. 使用抽象基类实现多态

int main() {
    Shape* shape = new Circle(5.0);
    
    // 调用派生类实现的函数
    std::cout << "Area: " << shape->area() << std::endl;      // 输出圆的面积
    std::cout << "Perimeter: " << shape->perimeter() << std::endl;
    shape->printInfo();  // 调用派生类的 printInfo()

    delete shape;
    return 0;
}

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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）：

  virtual void someFunction() const = 0 { /* 默认实现 */ }
  

  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、普通成员函数和纯虚函数。
• 接口（类似 Java）：仅包含纯虚函数（无数据成员和普通函数），但 C++ 中通过纯抽象类模拟：

  class ISerializable {
  public:
      virtual void serialize() const = 0;
      virtual void deserialize() = 0;
      virtual ~ISerializable() = default;
  };
  

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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，确保代码的一致性和可扩展性。它在设计模式（如工厂模式、策略模式）和大型项目架构中广泛应用。