何时以及为什么使用纯虚拟函数

纯虚拟函数是在面向对象编程中的概念，它是指在基类中声明但没有实现的虚拟函数。纯虚拟函数通过在基类中定义接口，要求派生类实现该函数，以便实现多态性。

在C++中，通过在函数声明中使用 "= 0" 来将一个虚拟函数声明为纯虚拟函数。纯虚拟函数的主要用途是作为基类中的接口，强制派生类实现该函数，从而实现多态性和动态绑定。

使用纯虚拟函数有以下几个方面的优势和用途：

1. 定义接口：纯虚拟函数允许基类定义接口，而不提供默认实现。这样，派生类必须实现这些函数，以满足基类的要求。通过这种方式，基类可以定义通用的接口，而派生类可以根据自身的需要进行实现。

2. 实现多态性：纯虚拟函数是实现多态性的关键。通过将函数声明为纯虚拟函数，可以在基类指针或引用上调用该函数，而在运行时确定实际调用的是派生类中的哪个版本。这为代码的灵活性和可扩展性提供了支持。

3. 抽象基类：纯虚拟函数使基类成为抽象基类。抽象基类是不能被实例化的类，它仅定义了接口和共享的行为，而没有提供具体的实现。派生类必须实现这些函数才能实例化。

4. 接口继承：纯虚拟函数可以用于实现接口继承。通过定义纯虚拟函数，可以创建一个公共的接口，以便多个类可以实现该接口并提供不同的功能。这样可以实现代码的模块化和重用。

总的来说，纯虚拟函数在面向对象编程中的使用是为了定义接口、实现多态性、创建抽象基类和实现接口继承。它们为代码的灵活性、可扩展性和可维护性提供了支持，使代码更具可读性和可重用性。

当我们需要定义一个通用的图形类（Shape），其中包含计算面积的函数（CalculateArea），但是具体的图形类型（如矩形、圆形、三角形）的面积计算方式是不同的。这时我们可以使用纯虚拟函数来实现多态性和动态绑定。

class Shape {
public:
    virtual double CalculateArea() const = 0;
};

class Rectangle : public Shape {
private:
    double length;
    double width;

public:
    Rectangle(double l, double w) : length(l), width(w) {}

    double CalculateArea() const override {
        return length * width;
    }
};

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

public:
    Circle(double r) : radius(r) {}

    double CalculateArea() const override {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

class Triangle : public Shape {
private:
    double base;
    double height;

public:
    Triangle(double b, double h) : base(b), height(h) {}

    double CalculateArea() const override {
        return 0.5 * base * height;
    }
};

在上面的例子中，Shape 是一个抽象基类，其中的 CalculateArea() 函数是一个纯虚拟函数。Rectangle、Circle、Triangle 是派生类，它们分别实现了自己的 CalculateArea() 函数。通过定义纯虚拟函数，我们可以在基类指针或引用上调用 CalculateArea() 函数，并根据实际对象的类型动态决定调用哪个版本的函数。

int main() {
    Shape* shape1 = new Rectangle(5.0, 3.0);
    Shape* shape2 = new Circle(2.5);
    Shape* shape3 = new Triangle(4.0, 6.0);

    double area1 = shape1->CalculateArea();
    double area2 = shape2->CalculateArea();
    double area3 = shape3->CalculateArea();

    delete shape1;
    delete shape2;
    delete shape3;

    return 0;
}

在上面的示例中，我们创建了不同类型的图形对象，并通过基类指针调用 CalculateArea() 函数，这将根据实际对象的类型来决定调用哪个派生类的实现。这种动态绑定的特性使得我们可以编写通用的代码，并在运行时根据实际对象的类型来决定具体的行为。