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C++ Gossip - 物件導向《多型》 純虛擬函式、抽像類別

C++ Gossip - 物件導向《多型》 純虛擬函式、抽像類別

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虛擬函式,則該類別為一「抽像類別」(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像類別來生成實例,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,您可以定義一個抽像的AbstractCircle類別,將ConcreteCircle與HollowCircle中相同的行為與定義提取(Pull up)至抽像類別中:
  • 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是個抽像類別,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

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