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VC++ 深度解析 C++ 純虛函數與抽象類別：介面契約、強制實作、設計模式應用

編輯：VC 教學

前言

純虛函數 (virtual ReturnType Func() = 0;) 定義**介面契約**而非實作，含純虛函數的類別為**抽象類別** (不可實例化)。本文詳細說明純虛函數語法、抽象類別特性、衍生類強制實作規則、純虛函數**可有函數本體**的冷知識、以及設計模式中的應用場景。

純虛函數宣告與抽象類別


class Animal {
public:
    void eat()   { cout << "animal eat\n"; }
    void sleep() { cout << "animal sleep\n"; }
    virtual void breathe() = 0; // 純虛函數：= 0 表示無預設實作
};
// Animal 為抽象類別
// Animal an; // 編譯錯誤：cannot instantiate abstract class

衍生類必須完整實作


class Fish : public Animal {
public:
    void breathe() { cout << "fish bubble\n"; } // 必須實作，否則 Fish 也成抽象類別
};

class Shark : public Fish {
    // 未實作 breathe() → 繼承 Fish 版本，可實例化
};

若衍生類**未實作**所有繼承的純虛函數，該衍生類**也是抽象類別**，不可建立物件。
實作後即為具象類別，可正常實例化。

冷知識：純虛函數「可以」有函數本體


class Base {
public:
    virtual void interface() = 0; // 宣告為純虛
};

// 類別外提供定義 (合法但罕見)
void Base::interface() {
    cout << "Base default implementation\n";
}

class Derived : public Base {
public:
    void interface() {
        Base::interface(); // 可呼叫基類純虛函數實作
        cout << "Derived extra\n";
    }
};

用途：提供**預設通用邏輯**，衍生類可選擇呼叫 Base::interface() 復用，但**仍強制衍生類覆寫** (因宣告處 = 0)。

抽象類別 vs 介面 (Interface)

概念	C++ 抽象類別	Java/C# Interface
可含資料成員	是	否 (僅常數)
可含非虛函數	是	否 (Java 8+ 可有 default/static)
可含建構函數	是 (供衍生類呼叫)	否
多重繼承	支援 (需注意菱形繼承)	支援 (介面多重實作)
核心目的	定義契約 + 共享實作/狀態	純契約

設計模式應用場景

1. 策略模式


class SortStrategy {
public:
    virtual void sort(vector&) = 0;
};
class QuickSort : public SortStrategy { void sort(...) override { ... } };
class MergeSort : public SortStrategy { void sort(...) override { ... } };

class Sorter {
    SortStrategy* strategy_;
public:
    void setStrategy(SortStrategy* s) { strategy_ = s; }
    void sortData(vector& v) { strategy_->sort(v); }
};

2. 模板方法模式


class Algorithm {
public:
    void run() {          // 模板方法 (非虛)
        step1();          // 固定流程
        step2();          // 可變部分 → 純虛
        step3();
    }
protected:
    virtual void step2() = 0; // 子類必須實作
    void step1() { ... }
    void step3() { ... }
};