C++用纯虚拟函数实例化抽象类的子类

C++ Instantiating childs of an abstract class with pure virtual functions

本文关键字：抽象类 子类 实例化 函数 虚拟 C++      更新时间：2023-10-16

我有一个抽象类，例如Animal。动物有一个纯粹的虚拟功能吃，如果它们不想挨饿，每个动物都必须实现这个功能。我确保只有动物的孩子才能通过这种方式实例化：

Animal.hpp

class Animal
{
public:
    enum eAnimal{
        CAT=0,
        DOG=1,
        BIRD=2
    };
    // Instantiates the desired animal.
    static Animal GetAnimal(const int animal);
    virtual void Eat() const = 0;
protected:
    Animal();
};

Animal.cpp

Animal Animal::GetAnimal(const int animal)
{
    switch(animal)
    {
    case CAT:
        return Cat();
    case DOG:
        return Dog();
    case BIRD:
        return Bird();
    default:
        cerr << "Animal not recognized." << endl;
        exit(-1);
    }
}
Animal::Animal()
{}

这样，Cat将是：

Cat.hpp

class Cat : public Animal
{
public:
    Cat();
    void Eat() const;
};

Cat.cpp

Cat::Cat() : Animal()
{}
void Cat::Eat() const
{
    // The cat eats.
}

然而，此代码不起作用，它在GetAnimal中得到一个错误无效的抽象返回类型"Animal">，因为Animal是抽象的，不能实例化，尽管我的API确保它不会。

这个问题可能有哪些明智的解决方案？我可以不纯地执行Eat函数，并给它一个默认实现，但我不想这样做。

Animal Animal::GetAnimal(const int animal)
{
    switch(animal)
    {
    case CAT:
        return Cat();
    case DOG:
        return Dog();
    case BIRD:
        return Bird();
    default:
        cerr << "Animal not recognized." << endl;
        exit(-1);
    }
}

你说GetAnimal应该返回一个Animal对象，这不是继承的工作方式，继承主要通过指针工作。当您试图返回一个类型的对象时，编译器必须隐式地创建一个Animal对象，但这是不允许的，因为Animal是一个抽象类。即使您要使eat()仅为virtual，您仍然会遇到对象切片问题。

您可以让它返回一个Animal*，并在使用后释放结果：

Animal* Animal::GetAnimal(const int animal)
{
    switch(animal)
    {
    case CAT:
        return new Cat();
    case DOG:
        return new Dog();
    case BIRD:
        return new Bird();
    default:
        cerr << "Animal not recognized." << endl;
        exit(-1);
    }
}

来电者：

Dog* myDog = GetAnimal(DOG);
//somewhere later when you dont need myDog anymore..(don't forget this!)
delete myDog;

但是，如果你可以访问C++11或更高版本，我建议使用智能指针而不是原始指针，让指针释放自己：

#include <memory>
std::unique_ptr<Animal> Animal::GetAnimal(const int animal)
{
    switch(animal)
    {
    case CAT:
        return std::make_unique<Cat>();
    case DOG:
        return std::make_unique<Dog>();
    case BIRD:
        return std::make_unique<Bird>();
    default:
        cerr << "Animal not recognized." << endl;
        exit(-1);
    }
}

来电者：

auto dog = GetAnimal(DOG);
//no explicit delete required.

您希望GetAnimal的返回类型是指向Animal而不是Animal本身的指针。一般来说，无论何时尝试使用多态性，指针都是首选。

我最好的猜测是，这就是正在发生的事情：你正在实例化一只猫。然后在您的return语句中，由于您没有返回指针，它必须复制您的数据。由于返回类型为Animal，因此它尝试调用默认的Animal复制构造函数。因此，它试图实例化一个Animal类，这当然是不可能的。

虚拟成员函数使用指针。只要把你的API改一点就可以了：

std::unique_ptr<Animal> Animal::GetAnimal(const int animal)
{
    switch(animal)
    {
    case CAT:
        return std::make_unique<Cat>();
    (...)
    }
}

注意，我假设您至少使用C++14

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