15.7　抽象基类和纯虚函数

在设计时，常常希望基类仅仅作为其派生类的一个接口。这就是说，仅想对基类进行向上类型转换，使用它的接口，而不希望用户实际地创建一个基类的对象。要做到这点，可以在基类中加入至少一个纯虚函数（pure virtual function），来使基类成为抽象（abstract）类。纯虚函数使用关键字virtual，并且在其后面加上=0。如果某人试着生成一个抽象类的对象，编译器会制止他。这个工具允许生成特定的设计。

当继承一个抽象类时，必须实现所有的纯虚函数，否则继承出的类也将是一个抽象类。创建一个纯虚函数允许在接口中放置成员函数，而不一定要提供一段可能对这个函数毫无意义的代码。同时，纯虚函数要求继承出的类对它提供一个定义。

在所有的instrument的例子中，基类Instrument中的函数总是“哑”函数。如果调用这些函数，就会出错。这是因为，Instrument的目的是对所有从它派生出来的类创建公共接口。

建立公共接口的惟一原因是它能对于每个不同的子类有不同的表示。它建立一个基本的格式，用来确定什么是对于所有派生类是公共的—除此之外，别无用途。所以，把Instrument设计为抽象类就比较合适。当仅希望通过一个公共接口来操纵一组类，且这个公共接口不需要实现（或者不需要完全实现）时，可以创建一个抽象类。

如果有一个作用类似于抽象类的类（就像Instrument），则这个类的对象几乎总是没有意义的。也就是说，Instrument的含义只表示接口，不表示特例实现，所以创建一个Instrument对象没有意义。我们也许想防止用户这样做，这可以通过让Instrument的所有虚函数打印出错信息而完成，但这种方法到运行时才能获得出错信息，并且要求用户进行可靠而详尽的测试。所以最好是在编译时就能发现这个问题。

下面是用于纯虚函数声明的语法：

这样做，等于告诉编译器在VTABLE中为函数保留一个位置，但在这个特定位置中不放地址。只要有一个函数在类中被声明为纯虚函数，则VTABLE就是不完全的。

如果一个类的VTABLE是不完全的，当某人试图创建这个类的对象时，编译器做什么呢？它不能安全地创建一个纯抽象类的对象，所以如果试图创建一个纯抽象类的对象，编译器就发出一个出错信息。这样，编译器就保证了抽象类的纯洁性，它就不会被误用了。

下面是修改后的Instrument4.cpp，它使用了纯虚函数。因为这个类中全是纯虚函数，所以我们称之为纯抽象类（pure abstract class）：

纯虚函数是非常有用的，因为它们使得类有明显的抽象性，并告诉用户和编译器打算如何使用。

注意，纯虚函数禁止对抽象类的函数以传值方式调用。这也是防止对象切片（object slicing）（这将会被简单地介绍）的一种方法。通过抽象类，可以保证在向上类型转换期间总是使用指针或引用。

纯虚函数防止产生完全的VTABLE，但这并不意味着我们不希望对其他一些函数产生函数体。我们常常希望调用一个函数的基类版本，即便它是虚拟的。把公共代码放在尽可能靠近我们的类层次根的地方，这是很好的想法。这不仅节省了代码空间，而且使得改变的传播更加容易。

15.7.1　纯虚定义

在基类中，对纯虚函数提供定义是可能的。我们仍然告诉编译器不允许产生抽象基类的对象，而且如果要创建对象，则纯虚函数必须在派生类中定义。然而，我们可能希望一段公共代码，使一些或所有派生类定义都能调用，而不必在每个函数中重复这段代码。

正如下面的纯虚定义：

Pet的VTABLE表仍然空着，但在这个派生类中刚好有一个函数，可以通过名字调用它。

这个特点的另一个好处是，它允许我们实现从常规虚函数到纯虚函数的改变，而无须打乱已存在的代码。（这是一个处理不用重新定义虚函数的类的方法。）