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C++的纯虚类

news 2026/5/12 10:12:44

在 C# 中，有 interface 和 abstract class。而在 C++ 中，没有 interface 关键字。

C++ 实现接口功能的方式，就是通过纯虚类（Pure Virtual Class），或者更准确地说，是包含纯虚函数的类。

1. 什么是纯虚函数？

在 C++ 中，虚函数（Virtual Function）允许子类重写。而纯虚函数则更进一步：它声明了函数签名，但不提供实现，并强制要求子类必须实现它。

语法非常奇特，是在函数声明后面加一个 = 0：

class IShape {
public:// 纯虚函数：没有主体，只有声明virtual void Draw() = 0; // 虚析构函数（在 C++ 纯虚类中至关重要！）virtual ~IShape() {} 
};

为什么是 `= 0`？

这是一个历史遗留的语法符号，你可以把它理解为：“这个函数在虚函数表（VTable）中的条目被初始化为空（NULL）”。

2. 什么是纯虚类（抽象类）？

只要一个类中包含了至少一个纯虚函数，这个类就变成了纯虚类（也叫抽象类）。

不能实例化：你不能写 IShape shape;，编译器会报错，就像 C# 不能 new 一个接口一样。
子类约束：如果子类不实现父类的所有纯虚函数，那么子类也会变成抽象类，同样不能被实例化。

3. C++ 纯虚类 vs C# Interface

作为 C# 开发者，你可以把纯虚类看作是 Interface 和 Abstract Class 的结合体。

特性	C# Interface	C++ 纯虚类
关键字	`interface`	`class` + `virtual ... = 0`
成员变量	不允许（仅属性/方法）	允许（可以带状态数据）
默认实现	较新版本支持	支持（甚至纯虚函数也能有主体，虽然少见）
多继承	一个类可实现多个接口	一个类可继承多个纯虚类
析构函数	无需担心	必须有虚析构函数，否则会内存泄漏

4. 深度陷阱：虚析构函数（Virtual Destructor）

这是 C# 转 C++ 最容易踩的天坑。

在 C# 中，GC 会自动清理所有对象。但在 C++ 中，如果你通过父类指针删除子类对象，情况就不同了：

IShape* shape = new Circle(); // Circle 继承自 IShape
delete shape;

如果 IShape 的析构函数不是 virtual 的：程序只会调用 IShape 的析构函数，而不会调用 Circle 的析构函数。Circle 里的资源（如内存、文件句柄）就泄露了。
准则：只要一个类被设计为基类，它的析构函数就必须是 virtual 的。

5. 模拟 C# 的 Interface 模式

在 C++ 工程实践中，我们通常遵循“接口类”的规范：

全都是纯虚函数。
没有成员变量。
有一个虚析构函数。

// 模拟 C# 的 IDisposable
class IDisposable {
public:virtual void Dispose() = 0;virtual ~IDisposable() {}
};// 模拟 C# 的 ILogger
class ILogger {
public:virtual void Log(std::string msg) = 0;virtual ~ILogger() {}
};// C++ 支持多继承，所以它可以同时实现这两个“接口”
class FileLogger : public IDisposable, public ILogger {
public:void Dispose() override { /* 关闭文件 */ }void Log(std::string msg) override { /* 写入文件 */ }
};