c++ 纯虚函数的作用

C++中的纯虚函数（Pure Virtual Function）是一种特殊类型的虚函数，它在基类中声明但没有实现。纯虚函数的声明使用"= 0"来标识，这告诉编译器该函数没有具体的实现，并且在基类中只是用于接口定义。纯虚函数的作用如下：

1. 定义接口：纯虚函数为派生类提供了一个统一的接口标准。基类中的纯虚函数表示该函数必须在派生类中实现，从而确保派生类拥有特定的成员函数，用于满足基类的接口要求。

2. 强制派生类实现：通过在基类中声明纯虚函数，可以强制派生类提供函数实现，否则派生类会变成抽象类（不能实例化对象）。

3. 实现多态性：纯虚函数和虚函数一样支持多态性。通过基类指针或引用指向派生类对象，可以调用纯虚函数，实现运行时多态性。这允许根据实际对象的类型来调用相应的函数实现。

4. 接口隔离：使用纯虚函数定义基类接口，可以将接口与实现分离，从而简化系统的设计和维护。这符合面向对象设计中的接口隔离原则。

简而言之，纯虚函数用于定义接口，要求派生类提供特定的函数实现。它们是C++面向对象编程的重要特性，用于构建灵活和可扩展的代码结构。

通过一个简单的例子来说明纯虚函数的使用。

假设我们有一个图形类（Shape），它是其他图形的基类，用于计算图形的面积。我们希望支持不同类型的图形，例如矩形和圆形。这时候，我们可以使用纯虚函数来定义一个接口方法，让派生类必须实现自己的计算面积的方法。

#include <iostream>

class Shape {
public:
    // 纯虚函数，用于计算图形的面积
    virtual double calculateArea() const = 0;

    // 普通成员函数，用于显示图形的面积
    void displayArea() const {
        std::cout << "Area: " << calculateArea() << std::endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
private:
    double width;
    double height;

public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

    // 实现纯虚函数，计算矩形的面积
    double calculateArea() const override {
        return width * height;
    }
};

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

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

    // 实现纯虚函数，计算圆形的面积
    double calculateArea() const override {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

int main() {
    // 使用多态性，基类指针指向派生类对象
    Shape* shape1 = new Rectangle(5.0, 3.0);
    Shape* shape2 = new Circle(2.5);

    // 调用纯虚函数，实现多态性
    shape1->displayArea(); // 输出：Area: 15
    shape2->displayArea(); // 输出：Area: 19.625

    delete shape1;
    delete shape2;
    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个Shape类作为基类，其中纯虚函数calculateArea()用于计算图形的面积，而displayArea()是一个普通成员函数用于显示图形的面积。然后我们派生出了Rectangle和Circle类，并在这两个派生类中实现了纯虚函数calculateArea()。

在主函数中，我们使用多态性创建了Rectangle和Circle的对象，并通过基类指针调用displayArea()函数，实现了面积的计算和显示。这就是纯虚函数的作用，让我们可以使用统一的接口来处理不同类型的派生类对象，同时又要求派生类必须提供自己的特定实现。