純虛擬函式、抽象類別(Abstract class)


C++預設函式成員都不是虛擬函式,如果要將某個函式成員宣告為虛擬函式,則要加上"virtual"關鍵字,然而C++提供一種語法定義「純虛擬函式」 (Pure virtual function),指明某個函式只是提供一個介面,要求繼承的子類別必須重新定義該函式,定義純虛擬函式除了使用關鍵字"virtual"之外,要在函 式定義之後緊跟著'='並加上一個0,例如:
class Some {
public:
    // 純虛擬函式
    virtual void someFunction() = 0;

    ....
};

一個類別中如果含有純虛擬函式,則該類別為一「抽象類別」(Abstract class),該類別只能被繼承,而不能用來直接生成實例,如果試圖使用一個抽象類別來生成實例,則會發生編譯錯誤。

以下舉個實際的例子,先假設您設計了兩個類別:ConcreteCircle與HollowCircle:
class ConcreteCircle {
public:
    void radius(double radius) {
         _radius = radius;
    }
    double radius() {
        return _radius;
    }
    void render() {
         cout << "畫一個半徑 "
              << _radius
              << " 的實心圓"
              << endl;
    }
private:
    double _radius;
};


class HollowCircle {
public:
    void radius(double radius) {
         _radius = radius;
    }
    double radius() {
        return _radius;
    }
    void render() {
         cout << "畫一個半徑 "
              << _radius
              << " 的空心圓"
              << endl;
    }
private:
    double _radius;
};

顯然的,這兩個類別除了render()方法的實作內容不同之外,其它的定義是一樣的,而且這兩個類別所定義的顯然都是「圓」的一種類型,您可以定義一個 抽象的AbstractCircle類別,將ConcreteCircle與HollowCircle中相同的行為與定義提取(Pull up)至抽象類別中:
  • AbstractCircle.h
#ifndef ABSTRACTCIRCLE
#define ABSTRACTCIRCLE

class AbstractCircle {
public:
void radius(double radius) {
_radius = radius;
}
double radius() {
return _radius;
}
// 宣告虛擬函式
virtual void render() = 0;

protected:
double _radius;
};

#endif

注意到在類別宣告了虛擬函式render(),所以AbstractCircle是個抽象類別,它只能被繼承,繼承了AbstractCircle的類別 必須實作render()函式,接著您可以讓ConcreteCircle與HollowCircle類別繼承AbstractCircle方法並實作 render()函式:
  • HollowCircle.h
#include <iostream> 
#include "AbstractCircle.h"
using namespace std;

class HollowCircle : public AbstractCircle {
public:
void render() {
cout << "畫一個半徑 "
<< _radius
<< " 的空心圓"
<< endl;
}
};
  • ConcreteCircle.h
#include <iostream> 
#include "AbstractCircle.h"
using namespace std;

class ConcreteCircle : public AbstractCircle {
public:
void render() {
cout << "畫一個半徑 "
<< _radius
<< " 的實心圓"
<< endl;
}
};

由於共同的定義被提取至AbstractCircle類別中,並於衍生類別中繼承了下來,所以在ConcreteCircle與HollowCircle 中無需重覆定義,只要定義個別對render()的處理方式就行了,而由於ConcreteCircle與HollowCircle都是 AbstractCircle的子類別,因而可以使用AbstractCircle上所定義的虛擬操作介面,來操作子類別實例上的方法,如下所示:
  • main.cpp
#include <iostream> 
#include "AbstractCircle.h"
#include "ConcreteCircle.h"
#include "HollowCircle.h"
using namespace std;

void render(AbstractCircle &circle) {
circle.render();
}

int main() {
ConcreteCircle concrete;
concrete.radius(10.0);
render(concrete);

HollowCircle hollow;
hollow.radius(20.0);
render(hollow);

return 0;
}

執行結果:

畫一個半徑 10 的實心圓
畫一個半徑 20 的空心圓