C++ 純虛類（抽象類）深度解析：定義、特性、虛表機制與實戰陷阱

定義與引入動機

• 純虛函數：virtual ReturnType Func() = 0;，基類不提供實現，強制派生類覆寫。
• 純虛類（抽象類）：含 ≥1 純虛函數的類。不能實例化（無對象），僅作為接口/基類使用。
• 動機：1) 方便多態；2) 基類本身不應生成對象（如「動物」類）。

核心特性

1. 不可實例化；派生類若未覆寫所有純虛函數，亦為抽象類。
2. 可擁有：成員變量、普通成員函數、非純虛函數、構造函數（含帶參構造）、protected 構造函數（防止直接構造基類）。
3. 派生類構造函數可顯式調用基類帶參構造。
4. 可定義指向抽象類的指針/引用，實現多態（指向派生類對象）。
5. 設計意圖：位於繼承層次上層，提供公共操作接口語義，完整實現留給派生類。

純虛類與虛函數表

虛表存在嗎？

存在。雖然抽象類無對象，但編譯器仍為其生成虛表（含純虛函數條目），用於：

• 派生類覆寫時，確保虛函數在虛表中偏移量固定、正確。
• 基類構造函數中調用虛函數時（見下文陷阱），虛表指針已初始化指向基類虛表。

構造函數中調用純虛函數：運行時錯誤

class Base {
    Base() { nonVirtual(); } // 構造時調用
    void nonVirtual() { pureVirtual(); } // 間接調用純虛
    virtual void pureVirtual() = 0;
};
class Derived : public Base {
    void pureVirtual() override {} // 實現
};
int main() { Derived d; } // Crash: pure virtual function called

原因：構造 Derived 時，先構造 Base 子對象，此時 vptr 指向 Base 虛表（純虛條目通常填入 __cxa_pure_virtual），調用純虛觸發運行時錯誤。規則：構造/析構函數中不要調用虛函數。

純虛類作為接口的最佳實踐

class Animal {
protected: Animal() {} // 防止直接構造
public:
    virtual void eat(const string& food) = 0;
    virtual ~Animal() {} // 虛析構函數！
};
class Dog : public Animal {
    vector foodList;
    void eat(const string& f) override {
        if (binary_search(foodList.begin(), foodList.end(), f)) cout << "Yummy\n";
    }
};

總結

純虛類是 C++ 實現「接口」的核心機制。關鍵點：不可實例化、強制派生類實現、虛表仍存在、構造/析構中禁調虛函數、虛析構函數必備。正確使用能構建清晰、可擴展的多態體系。