C++纯虚函数详解（深入理解抽象类与多态机制）

抽象类（Abstract Class）

只要一个类包含至少一个纯虚函数，这个类就称为抽象类。抽象类有以下特点：

• 不能直接实例化（不能创建对象）
• 只能作为基类被继承
• 派生类必须实现所有纯虚函数，否则派生类也是抽象类

来看一个完整例子：

#include <iostream>using namespace std;// 抽象基类class Shape {public:    // 纯虚函数    virtual void draw() = 0;        // 普通虚函数（可选）    virtual ~Shape() {}};// 派生类：Circleclass Circle : public Shape {public:    void draw() override {        cout << "绘制一个圆形" << endl;    }};// 派生类：Rectangleclass Rectangle : public Shape {public:    void draw() override {        cout << "绘制一个矩形" << endl;    }};int main() {    // Shape s;  // ❌ 错误！不能实例化抽象类        Shape* shapes[2];    shapes[0] = new Circle();    shapes[1] = new Rectangle();        for (int i = 0; i < 2; ++i) {        shapes[i]->draw();  // 多态调用    }        // 清理内存    delete shapes[0];    delete shapes[1];        return 0;}

输出结果：

绘制一个圆形绘制一个矩形

纯虚函数与虚函数表（vtable）

在底层，C++ 使用虚函数表（virtual table，简称 vtable）来实现多态。每个包含虚函数的类都有一个 vtable，其中存储了指向虚函数的指针。

对于纯虚函数，vtable 中对应的条目通常指向一个特殊函数（如 __pure_virtual_called），如果程序试图调用未被重写的纯虚函数，就会崩溃或抛出错误。

这也是为什么派生类必须实现所有纯虚函数才能被实例化——否则它的 vtable 仍包含无效入口。

常见误区

1. 纯虚函数不能有实现？
   错！纯虚函数可以有实现，只是不能在基类中直接调用。例如：

class Base {public:    virtual void foo() = 0;};// 在类外定义纯虚函数的实现void Base::foo() {    cout << "Base::foo() called" << endl;}class Derived : public Base {public:    void foo() override {        Base::foo();  // 可以显式调用基类实现        cout << "Derived::foo()" << endl;    }};

2. 抽象类不能有构造函数？
   错！抽象类可以有构造函数，用于初始化成员变量。只是不能直接创建对象而已。

总结

通过本文，你应该已经掌握了：

• 什么是 C++纯虚函数及其语法
• 什么是 抽象类，以及它的使用限制
• 如何利用纯虚函数实现 C++面向对象编程中的接口设计与多态
• 底层 虚函数表 的基本原理

纯虚函数是构建灵活、可扩展系统的关键工具。合理使用它，能让你的代码更符合“开闭原则”——对扩展开放，对修改关闭。

现在，试着自己写一个动物类（Animal），定义纯虚函数 makeSound()，然后派生出 Dog、Cat 等类并实现它吧！