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C++系列（纯虚函数和抽象类）_虚函数是类的函数成员吗

作者：Monodyee | 2024-02-11 14:39:25

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虚函数是类的函数成员吗

下面通过一个例子来说明纯虚函数的定义方法

在这个类当中，我们定义了一个普通的虚函数，并且也定义了一个纯虚函数。那么，纯虚函数是什么呢？？从上面的定义可以看到，纯虚函数就是没有函数体，同时在定义的时候，其函数名后面要加上“= 0”。

纯虚函数的实现原理

本节从虚函数表的角度来说明纯虚函数的实现原理。

上面就是我们在前面课程讲到的多态的实现原理，在讲这一部分的时候，讲到了虚函数表以及虚函数表指针。如果我们定义了Shape这样的类，那么，Shape类当中，因为有虚函数和纯虚函数，所以，它一定有一个虚函数表，当然，也就一定有一个虚函数表指针。如果是一个普通的虚函数，那么，在虚函数表中，其函数指针就是一个有意义的值；如果是一个纯虚函数，那么，在虚函数表中，其函数指针的值就是0。也就是说，在虚函数表当中，如果是纯虚函数，那么就实实在在的写上0，如果是普通的虚函数，那就肯定是一个有意义的值。通过对纯虚函数的讲解，大家也一定会发现：纯虚函数也一定是某个类的成员函数，那么，包含纯虚函数的类也叫作什么呢？我们把包含纯虚函数的类称之为抽象类。比如刚刚举的Shape类当中就含有一个计算周长的纯虚函数，那么，我们就说这个Shape类是一个抽象类。大家可以想一想，如果我们使用Shape这个类去实例化一个对象，那么这个对象实例化之后，如果想要去调用纯虚函数（比如要去调用这个计算周长的纯虚函数），那怎么去调用呢？？？我们说，显然是无法调用的。所以，我们得出一个结论：对于抽象类来说，C++是不允许它去实例化对象的。也就是说，抽象类无法实例化对象。那么，如果我们强行写成如下形式：

比如上面的，从栈中或者堆中去实例化一个对象，此时，如果我们去运行程序的话，计算机就会报错。而且，不仅如此，对于抽象类的子类也可以是抽象类。比如：我们如果定义一个Person的类如下：

因为人是要工作的，所以定义了一个work()函数，同时还定义了一个打印信息的函数。由于人比较抽象，所以也不知道工作要做啥，所以就定义work()为纯虚函数，同时，也不知道该打印啥信息，所以也定义成了纯虚函数。当我们使用Worker这个类去继承Person类的时候，我们可以想象一下，对于工人来说，其工种是非常多的，单单一个工人，我们倒是可以一些他的信息（比如：这个工人的名字，工号等等），但是，这个工人是什么工作，具体是做什么的，我们也没有办法清晰明了的描述出来，所以这个时候，我们可以也把它定义成一个纯虚函数，如下所示。此时，这个Worker类作为Person的子类来说，它也是一个抽象类。

当我们明确了这个工人是什么工种（比如他是一名清洁工），清洁工这个类继承了Worker类（清洁工也是工人的一种），那么work()这个函数就有了一个明确的定义了（比如：他的工作就是扫地，我们可以将其打印出来），如下图所示。那么，此时，我们就可以使用清洁工（Dustman）这个类去实例化对

到此，我们需要强调说明一点的是：对于抽象类来说，它无法实例化对象，而对于抽象类的子类来说，只有把抽象类中的纯虚函数全部实现之后，那么这个子类才可以实例化对象。

纯虚函数和抽象类的代码实践

题目描述：

/* ************************************************ */

/* 纯虚函数和抽象类

       1. Person类，成员函数：构造函数，虚析构函数，纯虚函数work()，数据成员：名字 m_strName

       2. Worker类，成员函数：构造函数，work()，数据成员：年龄m_iAge

       3. Dustman类，成员函数：构造函数，work()

 

*/

/* ************************************************ */

程序框架：

首先，我们来验证一下，含有纯虚函数的类，即抽象类能否实例化对象

头文件（Person.h）

复制代码 
#ifndef PERSON_H
#define PERSON_H

#include <string>
using namespace std;
class Person
{
public:
    Person(string name);
    virtual void work() = 0; //定义函数work()为纯虚函数
    virtual ~Person() { }
private:
    string m_strName;
};

#endif
复制代码

源程序（Person.cpp）

复制代码 
#include "Person.h"

Person::Person(string name)
{
    m_strName = name;
}
复制代码

我们看到Person.h文件中定义了一个纯虚函数work()，即此时Person这个类是一个抽象类。接下来我们在main函数中去实例化一个Person类的对象看看情况如何？

主调程序（demo.cpp）

复制代码 
#include <stdlib.h>

#include "Person.h"

using namespace std;

int main()
{
    Person person("Zhangsan");

    system("pause");
    return 0;
}
复制代码

此时，我们调试一下程序（F7）看一看结果如何？运行结果如下：

我们可以看到错误提示：”Person”是一个抽象类，不能实例化。当我们双击这一行错误提示行的时候，箭头就会指向程序代码中的main函数中的实例化语句。

接着，我们看一看抽象类的子类是否能够实例化？

我们使用Worker这个类来继承Person类，如下：

头文件（Worker.h）

复制代码 
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H

#include "Person.h"
class Worker:public Person
{
public:
    Worker(string name, int age);
private:
    int m_iAge;
};

#endif
复制代码

源程序（Worker.cpp）

复制代码 
#include <iostream>
#include "Worker.h"

using namespace std;

Worker::Worker(string name, int age):Person(name)
{
    m_iAge = age;
}
复制代码

我们看到，在Worker这个类当中，我们并没有对work()这个函数做特别的处理，而是从Person类中完全继承下来了。由于Person类中的work()函数是一个纯虚函数，那么这就导致Worker这个类也变成了一个抽象类。那么，此时我们在main函数中去实例化一个Worker类的对象的话，结果如何呢？

主调程序（demo.cpp）

复制代码 
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

#include "Person.h"
#include "Worker.h"

using namespace std;

int main()
{
    Worker worker("ZhangSan", 30);

    system("pause");
    return 0;
}
复制代码

此时，我们调试一下程序（F7）看一看结果如何？运行结果如下：

我们可以看到错误提示：”Worker”是一个抽象类，不能实例化。当我们双击这一行错误提示行的时候，箭头就会指向程序代码中的main函数中的实例化语句。

接下来，我们在Worker这个类中，对work()函数进行实现，然后再实例化一个Worker类对象，看一看结果又是如何？

头文件（Worker.h）

复制代码 
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H

#include "Person.h"
class Worker:public Person
{
public:
    Worker(string name, int age);
    virtual void work();
private:
    int m_iAge;
};

#endif
复制代码

我们看到对于Worker这个类来说，其中也有一个work()函数。我们来看一看Worker.cpp文件

源程序（Worker.cpp）

复制代码 
#include <iostream>
#include "Worker.h"

using namespace std;

Worker::Worker(string name, int age):Person(name)
{
    m_iAge = age;
}

void Worker::work()
{
    cout << "work()" << endl;
}
复制代码

在这里，我们看到，在Worker.cpp中对work()这个函数进行了实现，此时我们再来实例化Worker对象如下：

主调程序（demo.cpp）

复制代码 
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

#include "Person.h"
#include "Worker.h"

using namespace std;

int main()
{
    Worker worker("ZhangSan", 30);

    system("pause");
    return 0;
}
复制代码

此时，我们调试一下程序（F7）看一看结果如何？运行结果如下：

从结果看到，此时计算机编译通过。这样，也就从另一个角度说明了，Worker这个类虽然继承自抽象类Person类，但此时Worker类中已经没有了纯虚函数，但凡是虚函数，也已经被实现了。

从上面我们可以看到：如果Worker类中的work()函数也不进行实现，那么Worker这个类仍然是一个抽象类，也就不能进行实例化，此时，就待依赖Worker的子类来实现纯虚函数，从而就将此重任交给了清洁工（Dustman）这个类。那么，往往这种情况是存在的，因为对于人类来说，劳动这个函数很抽象，不知道该如何劳动，而到了Worker这个类中，劳动仍然比较抽象，因为我们虽然知道其是一个工人，但工人的工种有很多，工种不同，其具体劳动也不是不一样的，所以在Worker这个类当中，对work进行实现，往往显得也不太合适。那么，更多情况下，是在更具体的类中去实现work这个函数。比如说，在清洁工（Dustman）这个类中，工作就已经很明确了，他的工作就是扫地，所以对work进行实现的时候，就打印出“扫地”就行了，如下：

头文件（Worker.h）

复制代码 
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H

#include "Person.h"
class Worker:public Person
{
public:
    Worker(string name, int age);
private:
    int m_iAge;
};

#endif
复制代码

源程序（Worker.cpp）

复制代码 
#include <iostream>
#include "Worker.h"

using namespace std;

Worker::Worker(string name, int age):Person(name)
{
    m_iAge = age;
}
复制代码

头文件（Dustman.h）

复制代码 
#ifndef DUSTMAN_H
#define DUSTMAN_H

#include "Worker.h"

class Dustman:public Worker
{
public:
    Dustman(string name, int age);
    virtual void work();
};
#endif
复制代码

源程序（Dustman.cpp）

复制代码 
#include "Dustman.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Dustman::Dustman(string name, int age):Worker(name，age)
{

}

void Dustman::work()
{
    cout << "扫地" << endl;
}
复制代码

主调程序（demo.cpp）

复制代码 
#include <stdlib.h>
#include "Dustman.h"
#include "Person.h"
#include "Worker.h"

using namespace std;

int main()
{
    Dustman dustman("ZhangSan", 30);

    system("pause");
    return 0;
}
复制代码

此时，我们调试一下程序（F7）看一看结果如何？运行结果如下：

从结果看到，此时计算机编译通过。从而我们可以得到如下结论：对于一个含有纯虚函数的类（抽象类）来说，其无法进行实例化。

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