[收集]c++抽象類、純虛擬函式以及巧用純虛解構函式實現介面類
在Java、C#中有關鍵詞abstract指明抽象函式、抽象類,但是在C++中沒有這個關鍵詞,很顯然,在C++也會需要只需要在基類宣告某函式的情況,而不需要寫具體的實現,那C++中是如何實現這一功能的,答案是純虛擬函式。 含有純虛擬函式的類是抽象類,不能生成物件,只能派生。他派生的類的純虛擬函式沒有被改寫,那麼它的派生類還是個抽象類。定義純虛擬函式就是為了讓基類不可例項化化,因為實例化這樣的抽象數據結構本身並沒有意義,或者給出實現也沒有意義。
一. 純虛擬函式
在許多情況下,在基類中不能給出有意義的虛擬函式定義,這時可以把它說明成純虛擬函式,把它的定義留給派生類來做。定義純虛擬函式的一般形式為:
class 類名{
virtual 返回值型別 函式名(引數表)= 0; // 後面的"= 0"是必須的,否則,就成虛函數了
};
純虛擬函式是一個在基類中說明的虛擬函式,它在基類中沒有定義,要求任何派生類都定義自己的版本。純虛擬函式為各派生類提供一個公共介面。
從基類繼承來的純虛擬函式,在派生類中仍是虛擬函式。二. 抽象類
1. 如果一個類中至少有一個純虛擬函式,那麼這個類被稱為抽象類(abstract class)。
抽象類中不僅包括純虛擬函式,也可包括虛擬函式。抽象類中的純虛擬函式可能是在抽象類中定義的,也可能是從它的抽象基類中繼承下來且重定義的。2. 抽象類特點,即抽象類必須用作派生其他類的基類,而不能用於直接建立物件例項。
一個抽象類不可以用來建立物件,只能用來為派生類提供一個介面規範,派生類中必須過載基類中的純虛擬函式,否則它仍將被看作一個抽象類。
3. 在effective c++上中提到,純虛擬函式可以被實現(定義)(既然是純虛擬函式,為什麼還可以被實現呢?這樣做有什麼好處呢?下文中“巧用純虛解構函式實現介面類”中將說明這一功能的目的。),但是,不能建立物件例項,這也體現了抽象類的概念。
三. 虛解構函式
虛解構函式: 在解構函式前面加上關鍵字virtual進行說明,稱該解構函式為虛解構函式。雖然建構函式不能被宣告為虛擬函式,但解構函式可以被宣告為虛擬函式。
一般來說,如果一個類中定義了虛擬函式, 解構函式也應該定義為虛解構函式。
例如:
class B
{
virtual ~B(); //虛解構函式
…
};下面介紹一些例項:
#include <stdio.h>
class Animal
{
public:
Animal() //建構函式不能被宣告為虛擬函式
{
printf(" Animal construct! \n");
}
virtual void shout() = 0;
virtual void impl() = 0;
virtual ~Animal() {printf(" Animal destory! \n");}; // 虛解構函式
};
void Animal::impl() // 純虛擬函式也可以被實現。
{
printf(" Animal: I can be implement! \n");
}
class Dog: public Animal
{
public:
Dog()
{
printf(" Dog construct! \n");
}
virtual void shout() // 必須要被實現,即使函式體是空的
{
printf(" Dog: wang! wang! wang! \n");
}
virtual void impl()
{
printf(" Dog: implement of Dog! \n");
}
virtual ~Dog() {printf(" Dog destory! \n");}; // 虛解構函式
};
class Cat: public Animal
{
public:
Cat()
{
printf(" Cat construct! \n");
}
virtual void shout() // 必須要被實現,即使函式體是空的
{
printf(" Cat: miao! miao! miao! \n");
}
virtual void impl()
{
printf(" Cat: implement of Cat! \n");
}
virtual ~Cat() {printf(" Cat destory! \n");}; // 虛解構函式
};
/*
Animal f() // error, 抽象類不能作為返回型別
{
}
void display( Animal a) //error, 抽象類不能作為引數型別
{
}
*/
//ok,可以宣告抽象類的引用
Animal &display(Animal &a)
{
Dog d;
Animal &p = d;
return p;
}
void test_func()
{
//Animal a; // error: 抽象類不能建立物件
Dog dog; //ok,可以宣告抽象類的指標
Cat cat; //ok,可以宣告抽象類的指標
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:程式碼已除錯無誤)
四. 巧用純虛解構函式實現介面類
c++不像java一樣有純介面類的語法,但我們可以通過一些手段實現相同的功能。
(1)能不能用“protected”實現介面類?
看如下程式碼:
#include <stdio.h>
class A
{
protected:
virtual ~A()
{
printf(" A: 解構函式 \n");
}
};
class B : public A
{
public:
virtual ~B()
{
printf(" B: 解構函式 \n");
}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
//A* p1 = new A; //error:[1]有問題
//delete p1;
B* p2 = new B; //ok:[2]沒問題,輸出結果為:
delete p2; /* B: 解構函式
A: 解構函式*/(注意此處還是會呼叫A的解構函式的,不過編譯沒問題)
//A* p3 = new B;
//delete p3; //error:[3] 有問題
return 0;
}
通過在類中,將類的建構函式或者解構函式申明成protected ,可以有效防止類被例項話,要說實用的話,建構函式是protected更有用,肯定能保證類不會被例項化,而如果解構函式是protected的話,建構函式不是protected的話,還可能存在編譯通過的漏洞,如下:
Case1:
class A
{
protected:
A()
{
printf(" A: A() \n");
}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A* p1 = new A; //編譯不通過,無法訪問protected建構函式
delete p1;
return 0;
}
Case2:
class A
{
protected:
~A()
{
printf(" A: ~A() \n");
}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A* p1 = new A; //編譯通過,此時因為僅僅是用到了A的建構函式,還不需要它的解構函式
return 0;
}
(附:如果將main中改為:
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A a;
return 0;
}
則編譯出錯,提示無法訪問protected成員A::~A().兩種情況出現差異的原因是什麼?
)
Case3:
class A
{
protected:
~A()
{
printf(" A: ~A() \n");
}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A* p1 = new A;
delete p1; //編譯失敗,因為編譯器發現A的解構函式是protected
return 0;
}
所以,一種可行的辦法貌似是這樣的:
class A
{
protected:
virtual ~A()
{
printf(" A: ~A() \n");
}
};
class B : public A
{
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
B* p =new B; //ok:這種情況下確實是可行的(YC:仔細看會發現這種情況同“(1)看如下程式碼”下面的程式碼中ok的情況相同)
delete p;
return 0;
}
由於B public繼承自A,所以其可以完全訪問A的構造或解構函式,但是:
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A* p =new B;
delete p; //error:由於p變成指向A的指標,字面上編譯器需要知道A的解構函式,然後A的解構函式又是protected
return 0;
}
即便像這樣B顯示過載了A的解構函式:
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:也還是不行,因為過載是執行時的事情,在編譯時編譯器就認定了A的解構函式,結果無法訪問
return 0
}
小結:
貌似用protected這樣的方法並不是很恰當,雖然在遵守一定規則的情況下確實有他的實用價值,但並不是很通用(2)應該怎樣實現介面類?
其實上面protected的思路是對的,無非是讓父類無法例項化,那麼為了讓父類無法例項化,其實還有一個方法,使用純虛擬函式。
class A
{
public: //這裡就不用protected了
virtual ~A() = 0;
};
class B : public A
{
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
B* p =new B;
delete p; //編譯ok,連結error
return 0;
}
這樣寫貌似不錯,以往大家都把類中的一般成員函式寫成純虛的,這次將解構函式寫成純虛的,更加增加通用性,編譯也通過了,但就是在連結的時候出問題,報錯說找不到A的解構函式的實現,很顯然嘛,因為A的析構是純虛的嘛。
那麼如何修改上述程式碼可以達到既可以去除上述error,又可以讓基類不能被例項化呢?如下所示:
class A
{
public: //這裡就不用protected了
virtual ~A() = 0 //它雖然是個純虛擬函式,但是也可以被實現
{ //這個語法很好很強大(完全是為了實現其介面類而弄的語法吧)
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; //不用擔心編譯器報錯了,因為此時A的解構函式是public
return 0;
}
//result:
/*
A: ~A()
A: ~A()
*/
如此終於大功告成了,注意,不能將建構函式替代上面的解構函式的用法,因為建構函式是不允許作為虛擬函式的。
補充:以上那個語法就真的只是為了這種情況而存在的,因為一般我們在虛類中申明的介面:
virtual foo()= 0;
virtual foo()= 0 {}
這兩種寫法是完全沒有區別的,純虛擬函式的預設實現,僅僅在它是解構函式中才有意義!!!
所以可以說,老外是完全為了這一個目的而發明了這種語法...
最終的介面類
classInterface
{
public:
virtual ~Interface() = 0 {}
};
應該挺完美的了吧[備註:內容多收集於網路~]
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