C++ 虚函数和抽象类

在本文中，您将了解虚函数及其使用位置。此外，您还将学习纯虚函数和抽象类。

虚函数是基类中的成员函数，您希望在派生类中重新定义这些函数。

在详细介绍之前，让我们先了解一下为什么首先需要虚函数。

一个实例开始

让我们假设，我们正在开发一个游戏（比如道具：武器）。

我们创建了Weapon该类并派生了两个类，Bomb和Gun加载了各自武器的功能。

#include <iostream>
using namespace std;

class Weapon {
   public:
   void loadFeatures() { cout << "载入武器特性。\n"; }
};

class Bomb : public Weapon {
   public:
   void loadFeatures() { cout << "装载刀的特性。\n"; }
};

class Gun : public Weapon {
   public:
   void loadFeatures() { cout << "装载枪的特性\n"; }
};

int main() {
   Weapon *w = new Weapon;
   Bomb *b = new Bomb;
   Gun *g = new Gun;

   w->loadFeatures();
   b->loadFeatures();
   g->loadFeatures();

   return 0;
}

输出结果

装载武器特性。
装载刀的特性。
装载枪的特性。

我们分别定义了Weapon，Bomb和Gun类的三个指针对象w，b和g。 并且，我们使用以下命令调用每个对象的loadFeatures()成员函数：

w->loadFeatures();
b->loadFeatures();
g->loadFeatures();

完美的作品！

但是，我们的游戏项目开始变得越来越大。并且，我们决定创建一个单独的Loader类来加载武器功能。

此类Loader根据选择的武器加载武器的其他功能。

class Loader
{
   public:
     void loadFeatures(Weapon *weapon)
     {
        weapon->features();
     }     
};

loadFeatures()负载特定武器的特征。

让我们尝试实现我们的Loader类

#include <iostream>
using namespace std;
class Weapon {
   public:
   Weapon() { cout << "装载武器特性。\n"; }

   void features() { cout << "装载武器特性。\n"; }
};
class Bomb : public Weapon {
   public:
   void features() {
      this->Weapon::features();
      cout << "装载刀的特性。\n";
   }
};
class Gun : public Weapon {
   public:
   void features() {
      this->Weapon::features();
      cout << "加载枪的特性。\n";
   }
};
class Loader {
   public:
   void loadFeatures(Weapon *weapon) {
      weapon->features();
   }
};
int main() {
   Loader *l = new Loader;
   Weapon *w;
   Bomb b;
   Gun g;
   w = &b;
   l->loadFeatures(w);
   w = &g;
   l->loadFeatures(w);
   return 0;
}

输出结果

装载武器特性。
装载武器特性。
装载武器特性。
装载武器特性。

我们的实现似乎是正确的。但是，装载武器特性被加载了4次。为什么？

最初，武器对象w指向（Bomb）类的b对象。 并且，我们尝试使用l对象指向（Loader类的）指针将其传递给loadFeatures()函数来加载Bomb对象的特性。

同样，我们尝试加载Gun对象的特性。

但是，Loader类的loadFeatures()函数将指向Weapon类对象的指针作为参数：

void loadFeatures(Weapon *weapon)

这就是为什么武器特性被加载4次的原因。为了解决这个问题，我们需要使用virtual关键字实现基类(Weapon类)的虚函数。

class Weapon
{
    public:
      virtual void features()
         { cout << "装载武器特性。\n"; }
};

示例：使用虚函数解决问题

#include <iostream>
using namespace std;

class Weapon {
   public:
   virtual void features() { cout << "装载武器特性。\n"; }
};

class Bomb : public Weapon {
   public:
   void features() {
      this->Weapon::features();
      cout << "装载刀的特性。\n";
   }
};

class Gun : public Weapon {
   public:
   void features() {
      this->Weapon::features();
      cout << "加载枪的特性。\n";
   }
};

class Loader {
   public:
   void loadFeatures(Weapon *weapon) {
      weapon->features();
   }
};

int main() {
   Loader *l = new Loader;
   Weapon *w;
   Bomb b;
   Gun g;

   w = &b;
   l->loadFeatures(w);

   w = &g;
   l->loadFeatures(w);

   return 0;
}

输出结果

装载武器特性。
装载刀的特性。
装载武器特性。
加载枪的特性。

另外，注意，l->loadFeatures(w)函数会根据l对象所指向的对象调用不同类的函数。

使用虚函数使我们的代码不仅更加清晰，而且更加灵活。

在以上程序中，“装载武器特性。”被打印了两次。我们建议您在上述程序上添加其他代码，以便只加载一次武器特性。

如果我们想添加另一种武器（比如说 弓），我们可以轻松地添加和加载其特性。如何添加？

class Bow : public Weapon {
   public:
   void features() {
      this-<Weapon::features();
      cout >> "加载弓的特性。\n";
   }
};

并且，在main()函数中添加如下代码。

Bow b; 
w = &b; 
l->loadFeatures(w);

值得注意的是，我们没有更改Loader类中的任何内容来加载刀的特性。

C ++抽象类和纯虚函数

面向对象编程的目的是将一个复杂的问题分成几个小集合。这有助于有效理解和处理问题。

有时，最好仅在更好地可视化问题的情况下使用继承。

在C ++中，您可以创建一个无法实例化的抽象类（您不能创建该类的对象）。但是，您可以从中派生一个类并实例化派生类的对象。

抽象类是无法实例化的基类。

包含纯虚函数的类称为抽象类。

纯虚函数

声明以结尾的=0虚函数称为纯虚函数。例如，

class Weapon
{
    public:
      virtual void features() = 0;
};

在这里，纯虚函数是

virtual void features() = 0

并且，该类Weapon是抽象类。

示例：抽象类和纯虚函数

#include <iostream>
using namespace std;

// 抽象类（不允许实例化的类）
class Shape                   
{
    protected:
       float l;
    public:
       void getData()       
       {
           cin >> l;
       }
       
       // 虚函数
       virtual float calculateArea() = 0;
};

class Square : public Shape
{
    public:
       float calculateArea()
       {   return l*l;  }
};

class Circle : public Shape
{
    public:
       float calculateArea()
       { return 3.14*l*l; }
};

int main()
{
    Square s;
    Circle c;

    cout << "输入长度来计算正方形的面积: ";
    s.getData();
    cout<<"正方形的面积: " << s.calculateArea();
    cout<<"\n输入半径以计算圆的面积: ";
    c.getData();
    cout << "圆的面积: " << c.calculateArea();

    return 0;
}

输出结果

输入长度来计算正方形的面积: 4
正方形的面积: 16
输入半径以计算圆的面积: 5
圆的面积: 78.5

在此程序中，纯虚函数virtual float area()= 0; 在Shape类中定义。

需要注意的一件事是，您应该在派生类中重写基类的纯虚函数。 如果重写失败，则派生类也将成为抽象类。