20：抽象クラスと純粋仮想関数

はじめに

C++の抽象クラス（abstract class）とは、共通のインターフェースだけを定義して、実際の処理は子クラスに任せるためのクラスです。オブジェクト指向における「型の共通化」や「設計の基盤」に使われます。

1. 抽象クラスとは

抽象クラスは「インスタンスを生成できないクラス」です。少なくとも1つ以上の純粋仮想関数（pure virtual function）を含みます。

関数に = 0 を付けると、その関数は純粋仮想関数になります（戻り値が0という意味ではありません）。

// 20_abstract_base.cpp
#include <iostream>
using namespace std;

class Enemy {
public:
    // 純粋仮想関数：派生クラスで必ず実装する必要がある
    virtual void attack() = 0;
};

class Slime : public Enemy {
public:
    void attack() override {
        cout << "スライムの体当たり！" << endl;
    }
};

class Goblin : public Enemy {
public:
    void attack() override {
        cout << "ゴブリンの斬撃！" << endl;
    }
};

int main() {
    // Enemy e; // エラー：抽象クラスはインスタンス生成できない

    Enemy* e1 = new Slime();
    Enemy* e2 = new Goblin();

    e1->attack();
    e2->attack();

    delete e1;
    delete e2;
}

実行結果（例）

スライムの体当たり！
ゴブリンの斬撃！

2. 純粋仮想関数とは

純粋仮想関数は「中身を持たない関数の宣言だけ」です。これにより、派生クラスに「この関数を必ず定義しなければならない」というルールを課すことができます。

virtual void attack() = 0; // 実装を持たない、命令だけの関数

3. 抽象クラスを使うメリット

4. ポリモーフィズムとの関係

抽象クラスと純粋仮想関数を使うと、異なる型のオブジェクトを同じインターフェースで扱うことができます。これは「ポリモーフィズム（多態性）」の代表的な例です。

// 20_polymorphism.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class Enemy {
public:
    virtual void attack() = 0; // 純粋仮想関数
    virtual ~Enemy() {}        // 仮想デストラクタ
};

class Slime : public Enemy {
public:
    void attack() override { cout << "スライムの体当たり！" << endl; }
};

class Goblin : public Enemy {
public:
    void attack() override { cout << "ゴブリンの斬撃！" << endl; }
};

int main() {
    vector<Enemy*> enemies;
    enemies.push_back(new Slime());
    enemies.push_back(new Goblin());

    for (Enemy* e : enemies) {
        e->attack(); // 型ごとに異なるattack()が呼ばれる（多態性）
    }

    for (Enemy* e : enemies) delete e;
}

実行結果（例）

スライムの体当たり！
ゴブリンの斬撃！

コーディング演習

演習1：基本コードを動かす

// 20_abstract_base.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class Enemy {
public:
    virtual void attack() = 0; // 純粋仮想関数
    virtual ~Enemy() {}
};

class Slime : public Enemy {
public:
    void attack() override {
        cout << "スライムの体当たり！" << endl;
    }
};

class Goblin : public Enemy {
public:
    void attack() override {
        cout << "ゴブリンの斬撃！" << endl;
    }
};

int main() {
    vector<Enemy*> enemies;
    enemies.push_back(new Slime());
    enemies.push_back(new Goblin());

    for (Enemy* e : enemies) {
        e->attack();
    }
    for (Enemy* e : enemies) delete e;
    return 0;
}

演習2：コードを改造する

まとめ

• 抽象クラスは「直接インスタンスを生成できない」クラス。
• virtual void 関数() = 0; で純粋仮想関数を定義できる。
• 抽象クラスを基底クラスにすることで、派生クラスを統一的に扱える。
• ポリモーフィズムを実現する設計の基礎になる。

理解度チェック

問題20-1

次のコードのうち、コンパイルエラーになるものはどれか。

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override { /* 描画処理 */ }
};

問題20-2

純粋仮想関数の宣言として正しいものはどれか。

問題20-3

抽象クラスを使う最大のメリットとして最も適切なものはどれか。

問題20-4

次のコードを実行したとき、出力はどれか。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class Enemy {
public:
    virtual void attack() = 0;
    virtual ~Enemy() {}
};
class Slime : public Enemy {
public:
    void attack() override { cout << "A" << endl; }
};
class Goblin : public Enemy {
public:
    void attack() override { cout << "B" << endl; }
};
int main() {
    vector<Enemy*> v = { new Slime(), new Goblin(), new Slime() };
    for (Enemy* e : v) { e->attack(); delete e; }
}