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《你真的了解C++吗》No.022：纯虚函数与抽象类的真正用途——契约式编程

导言：强制性的“蓝图”

在多态体系中，有时基类代表的是一个极其抽象的概念（比如“形状”或“文件对象”）。在这一层级，我们无法给出一个有意义的默认实现。

纯虚函数（Pure Virtual Function）允许我们只声明接口的“长相”，而将实现的责任完全推给派生类。这种机制将 C++ 类从单纯的“代码容器”提升到了“架构契约”的高度。

一、 语法本质：那一个= 0意味着什么？

当你写下virtual void draw() = 0;时，你并不是在给函数赋值为零，而是向编译器发出了三条指令：

1. 禁止实例化：这个类现在成为了抽象类（Abstract Class）。你永远不能写出Shape s;这样的代码，编译器会报错。
2. 虚表占位：在虚表（vtbl）中，该函数的条目被标记为一个特殊值（通常是空指针或指向一个名为__pure_virtual_called的错误处理函数）。
3. 强迫继承者：任何继承自此类的子类，除非它也想当抽象类，否则必须重写（Override）这个函数。

二、 抽象类的核心用途：解耦与接口设计

1. 定义接口（Interface）

在 C++03 中，虽然没有interface关键字，但我们通过“只包含纯虚函数的类”来模拟它。这让调用者（客户端）只依赖于抽象的协议，而不依赖于具体的实现。

2. 实现契约式编程

抽象类定义了“做什么”，而派生类定义了“怎么做”。这种分离使得系统具备了极强的扩展性。例如，你可以编写一个处理Storage对象的函数，无论是DiskStorage还是CloudStorage，只要它们遵循Storage的契约，代码就能完美运行。

三、 纯虚函数可以有“身体”吗？

这是一个经常被忽略的冷知识：在 C++ 中，你可以为纯虚函数提供定义。

classShape{public:virtualvoiddraw()=0;};// 纯虚函数的定义voidShape::draw(){std::cout<<"Performing common shape prep...";}

为什么要这么做？
虽然子类仍然必须重写draw()，但子类的实现可以显式地调用Shape::draw()来执行一些通用的初始化逻辑。这既保证了子类必须提供个性化实现，又提供了共享代码的机会。

四、 避坑指南：纯虚析构函数

正如我们在 No.013 聊过的，基类的析构函数必须是虚的。但如果你想把类变成抽象类，却又没有合适的成员函数可以纯虚化，该怎么办？

你可以把析构函数声明为纯虚的：

classBase{public:virtual~Base()=0;};// 必须提供定义！Base::~Base(){}

注意：你必须为纯虚析构函数提供函数体。因为子类析构时会自动向上调用基类析构函数，如果没有定义，程序在链接阶段会崩溃。

总结：架构师的指挥棒

• 虚函数：提供默认方案，你可以改，也可以不改。
• 纯虚函数：不提供默认方案（通常），你必须自己动手。
• 抽象类：它是思想的化身，不是物理存在的实体。

下一篇预告：我们通常谈论public继承表示“是一个（Is-a）”的关系。但如果你使用private继承，这种血缘关系就会变得非常诡异。它不再是“是一个”，而是“用……实现”。

➡️《你真的了解C++吗》No.023：私有继承的哲学——“实现基于”而非“是一种”。