抽象基类（ABC）

灰太狼 2022-03-21 17:49 269阅读 0赞

# 抽象基类（ABC） #

### 文章目录 ###

*  抽象基类（ABC）
 *   *  前言
     *  如何实现ABC
     *  为什么需要ABC
     *  其他

## 前言 ##

我对抽象基类（Abstract Base Class，**ABC**）的理解在两个点上。第一点是**抽象**，即高度抽象；第二点是**基类**，对抽象基类来说，它的存在只是为了作为基类（区别于具体类），**不可以被实例化**。

高度抽象一词听起来本身就很“抽象”，不妨让我用“总结”这个词进行通俗解释。比方这里有两类人，一类只是聋人，另一类只是盲人。现在我们需要对这两类人抽象，也就是需要总结两类人的相同点+不同点，然后付诸于代码。为方便起见，这里就列举三个行为：散步为相同点，看得见与看不见为不同点，听得见与听不见为不同点——这样一个过程，就是在“抽象”。（好吧，这般解释可能还是抽象）

## 如何实现ABC ##

在C++中，`virtual`关键字使得函数有**虚函数**与**非虚函数**之分，显然，virtual的存在让一个函数成为虚函数。而虚函数中，又分纯虚函数和非纯虚函数：

virtual void hear() = 0;  // 纯虚函数
    
    virtual void walk();  // 非纯虚函数（常规虚函数）

**在一个类中，如果至少有一个纯虚函数，那么认为这个类是抽象基类。**

class DeafPerson { 
    public:
    	// ...
    	virtual void walk() = 0;
    	// ...
    };
    // ...

如此一来，DeafPerson就是一个抽象基类了。

## 为什么需要ABC ##

我们都知道，无论盲人还是聋人，他们都是人，他们都可以散步，但是不一定有视觉或听觉的能力。我们当然可以做以下设计：

class DeafPerson { 
    public:
    	string name;  // 名字
    	void walk() {  cout << "is able to walk" << endl; }
    	void hear() {  cout << "is not able to hear" << endl; }
    	void see() {  cout << "is able to see" << endl; }
    };
    
    class BlindPerson { 
    public:
    	string name;
    	void walk() {  cout << "is able to walk" << endl; }
    	void hear() {  cout << "is able to hear" << endl; }
    	void see() {  cout << "is not able to see" << endl; }
    };

显然，由于我们只找了一个相同行为，所以只重复了walk()函数，但倘若在我们的需求里有必要用到多个相同行为，比如吃东西、聊天、穿衣……如果仍用以上方式，那对每个类都不得不定义一个eat()函数、chat()函数、wear()函数……为了偷懒，我们很快想到再抽象一个Person类出来，用继承的方式实现代码复用，像下面那样：

class Person { 
    public:
        string name;
        Person(string name):name(name) { }
        /* 共有的能力 */
        void walk() {  cout << name << " is able to walk" << endl; }
        void  eat() {  cout << name << " is able to eat" << endl; }
        void  wear() {  cout << name << " is able to wear" << endl; }
        /* 可能需要重写的部分 */
        void hear() {  cout << name << " is able to hear" << endl; }
        void see() {  cout << name << " is able to see" << endl; }
    };
    
    class DeafPerson: public Person { 
    public:
        DeafPerson(string name): Person(name) { }  /* 使用父类的构造函数 */
        void hear() {  cout  << name << " is not able to hear" << endl; }
    };
    
    class BlindPerson: public Person { 
    public:
        BlindPerson(string name): Person(name) { };
        void see() {  cout << name << " is not able to see" << endl; }
    };
    
    int main() { 
        DeafPerson deafPerson("lily");
        deafPerson.walk();
        deafPerson.hear();
    
        BlindPerson blindPerson("boby");
        blindPerson.eat();
        blindPerson.see();
    }
    
    // 输出：
    lily is able to walk
    lily is not able to hear
    boby is able to eat
    boby is not able to see

可这样做的缺点是，也许设计Person类和DeafPerson类是两个人，两人之间却不曾约定，那么设计DeafPerson时存在忘记重写hear()方法的可能。所以现在得有个规定，如果子类中没有重写父类中的某个方法，就不允许子类实例化，这样一来，设计DeafPerson的人就不得不重写必需方法了。

Person类设计如下：

class Person { 
    public:
        string name;
        Person(string name):name(name) { }
        void walk() {  cout << name << " is able to walk" << endl; }
        void  eat() {  cout << name << " is able to eat" << endl; }
        void  wear() {  cout << name << " is able to wear" << endl; }
        
        /* 必需重写的部分 */
        virtual void hear() = 0;  /* 必需重写的函数设计为 纯虚函数 */
        virtual void see() = 0;  /* 必需重写的函数设计为 纯虚函数 */
    };

倘若DeafPerson继承Person后却不重写hear()方法和see()方法，对它实例化，编译器就会报错：

D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(37): error C2259: “DeafPerson”: 不能实例化抽象类
    D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(37): note: 由于下列成员:
    D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(37): note: “void Person::hear(void)”: 是抽象的
    D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(16): note: 参见“Person::hear”的声明
    D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(37): note: “void Person::see(void)”: 是抽象的
    D:\MyCode\CC++\ABS_Study\main.cpp(17): note: 参见“Person::see”的声明

道理很简单，抽象基类不可以实例化，而子类继承父类之后没有重写父类中的纯虚函数，对于子类来说，它也拥有了这些纯虚函数，所以子类也是抽象基类，因此也不能实例化。**按规定，要在子类中用常规虚函数实现这些接口**，像这样：

class DeafPerson: public Person { 
    public:
        DeafPerson(string name): Person(name) { }
        virtual void hear() {  cout  << name << " is not able to hear" << endl; }
        virtual void see() {  cout << name << " is able to see" << endl; }
    };

使用抽象基类的另一好处是，因为子类们继承自同一父类，用父类类型的指针或引用进行管理可以简化代码。

Person *deaf, *blind;  /* 基类类型指针 */
    
    deaf = new DeafPerson("lily");
    deaf->walk();
    deaf->hear();
    
    blind = new BlindPerson("boby");
    blind->eat();
    blind->see();

void print_name(Person& person)  /* 基类引用 */
    { 
        cout << person.name << endl;
    }
    
    int main() 
    { 
        DeafPerson deafPerson("lily");
        BlindPerson blindPerson("boby");
    
        print_name(deafPerson);
        print_name(blindPerson);
    }
    
    // 输出：
    lily
    boby

## 其他 ##

*  抽象基类的纯虚函数仍然可以定义（尽管我暂时不知道这样做的意义）：

void Person::hear() {  cout  << name << " is able to hear" << endl; }
    void Person::see() {  cout << name << " is able to see" << endl; }

*  可以把抽象基类看作一个模型，而这个模型严格规定了子类的接口设计。毕竟，程序员之间的信任度一直以来都是值得被探讨的话题。