C++编程：使用纯虚函数实现抽象类与多态

"这篇文档是关于C++编程中纯虚函数和抽象类的应用，通过一个实验案例来阐述这两个概念。实验旨在让学生理解多态性、静态绑定与动态绑定的差异，以及如何使用虚函数和抽象类。实验要求包括创建一个抽象基类Shape，以及从Shape派生出Circle、Rectangle和Triangle三个派生类，每个类需实现计算面积的函数。此外，还要求提供一个printArea函数来输出不同形状的面积。" 在C++中，纯虚函数和抽象类是实现多态性的重要机制。多态性允许我们使用一个基类指针或引用操作不同的派生类对象，从而实现更灵活的代码设计。 1. **纯虚函数**： - 在C++中，当一个类包含至少一个纯虚函数（使用`= 0`声明的虚函数）时，该类被称为抽象类。例如，基类`shape`中的`area()`和`display()`函数都是纯虚函数。 - 纯虚函数没有具体实现，它的作用是强制任何派生类都必须提供自己的实现，否则派生类也将成为抽象类，不能被实例化。 - 纯虚函数允许子类根据自己的特性重写这个函数，实现各自不同的行为。 2. **抽象类**： - 抽象类不能被实例化，它们只能作为基类来使用，为派生类提供公共接口。 - 抽象类通常用于定义接口，规定了所有派生类必须遵循的公共行为，如`shape`类定义了所有形状必须实现的`area()`和`display()`方法。 3. **派生类**： - 如实验描述，`Circle`、`Rectangle`和`Triangle`都是从`shape`派生出来的类，它们必须实现`area()`纯虚函数。例如，`Rectangle`类提供了计算矩形面积的方法，通过成员变量`x`和`y`表示矩形的宽和高。 - 派生类可以添加新的成员变量和方法，也可以重写基类的方法，如`Rectangle`的`display()`函数输出矩形的面积。 4. **动态绑定（运行时多态）**： - 实验中的`printArea`函数可以通过基类指针或引用调用来实现多态。由于`area()`是虚函数，调用时会根据实际对象的类型而非指针或引用的类型来决定执行哪个版本的`area()`，这就是动态绑定。 - 这种特性使得我们可以设计通用的函数处理不同类型的对象，而无需知道对象的具体类型。 5. **实验步骤**： - 编写满足功能要求的代码，包括抽象基类和各个派生类的定义，以及`printArea`函数。 - 调试代码，确保所有形状的面积计算正确。 - 记录实验结果，这可能包括不同形状的面积输出以及调试过程中的观察。 - 撰写实验报告，总结实验过程、遇到的问题以及解决方案。 6. **参考代码**： - 示例代码展示了如何定义抽象类`shape`，以及如何派生`rectangle`和`triangle`类。`circle`类的代码没有完全显示，但按照实验要求，应该类似地定义半径并实现圆的面积计算。 - 除了通过基类指针调用`printArea`，还可以尝试使用引用来实现同样的功能，这同样能体现多态性。 通过这个实验，学生可以深入理解C++中多态性的本质，以及如何利用纯虚函数和抽象类来实现面向对象设计中的接口规范。