「C++系列」 接口（抽象类）

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一、接口（抽象类）

在C++中，接口的概念通常是通过抽象类来实现的。虽然C++标准中没有直接称为“接口”的关键字或特定类型，但抽象类可以被视为一种接口的实现方式。抽象类是一个不能被实例化的类，它通常包含至少一个纯虚函数（Pure Virtual Function）。纯虚函数是一个在基类中被声明但没有具体实现的函数，其目的是为了在派生类中实现该函数的具体版本。

1. 抽象类的定义

抽象类在C++中是通过包含至少一个纯虚函数的类来定义的。纯虚函数是通过在函数声明的末尾添加= 0来声明的。例如：

class IInterface {
public:
    // 纯虚函数
    virtual void pureVirtualFunction() = 0;

    // 也可以有实现的虚函数（可选）
    virtual void virtualFunction() {
        // 实现体
        std::cout << "IInterface::virtualFunction()" << std::endl;
    }

    // 也可以有非虚函数（可选）
    void nonVirtualFunction() {
        // 实现体
        std::cout << "IInterface::nonVirtualFunction()" << std::endl;
    }

    // 构造函数和析构函数（可选）
    IInterface() {}
    virtual ~IInterface() {}
};

2. 抽象类的使用

抽象类不能直接被实例化，即你不能直接创建IInterface类型的对象。但是，你可以创建从抽象类派生的具体类（即实现了所有纯虚函数的类），然后创建这些派生类的实例。

class ConcreteClass : public IInterface {
public:
    // 必须实现纯虚函数
    void pureVirtualFunction() override {
        std::cout << "ConcreteClass::pureVirtualFunction()" << std::endl;
    }

    // 可以选择性地覆盖非纯虚函数（可选）
    void virtualFunction() override {
        std::cout << "ConcreteClass::virtualFunction()" << std::endl;
    }

    // 也可以添加自己的成员函数（可选）
    void myFunction() {
        std::cout << "ConcreteClass::myFunction()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 不能这样做：IInterface* obj = new IInterface(); // 错误：IInterface 是抽象类

    // 可以这样做：
    IInterface* obj = new ConcreteClass();
    obj->pureVirtualFunction(); // 调用 ConcreteClass 的实现
    obj->virtualFunction();     // 调用 ConcreteClass 的覆盖实现或 IInterface 的实现（如果未覆盖）
    obj->nonVirtualFunction();  // 调用 IInterface 的实现

    delete obj;
    return 0;
}

3. 接口的作用

接口（通过抽象类实现）在C++中的作用主要包括：

1. 定义契约：接口为派生类定义了一个必须遵守的契约，即派生类必须实现接口中声明的所有纯虚函数。
2. 促进多态：通过接口，可以实现多态性，即允许使用基类的指针或引用来指向派生类的对象，并通过这些指针或引用来调用虚函数（包括纯虚函数和非纯虚函数）的派生类版本。
3. 解耦：接口有助于降低模块之间的耦合度，因为模块之间的交互是通过接口进行的，而不是直接通过具体的实现类进行的。这使得系统更加灵活和可扩展。
4. 实现隐藏：接口隐藏了派生类的具体实现细节，只暴露了必要的接口供外部使用。这有助于保护系统的内部结构和数据不受外部干扰。

二、抽象类运用

C++中通过抽象类实现接口的概念是一种常用的设计模式，它允许我们定义一组方法（即纯虚函数），这些方法在继承自该抽象类的具体类中必须被实现。这种模式促进了代码的解耦、提高了系统的可扩展性和可维护性。

下面是一个C++接口（抽象类）运用及案例代码的示例：

1. 抽象类（接口）定义

首先，我们定义一个抽象类Shape，它包含了一个纯虚函数draw()，表示绘图的功能。这个类不能被实例化，因为它至少有一个纯虚函数。

#include <iostream>

// 抽象类（接口）
class Shape {
public:
    // 纯虚函数
    virtual void draw() const = 0;

    // 虚析构函数（可选，但推荐）
    virtual ~Shape() {}
};

2. 具体类实现

然后，我们定义几个具体类，如Circle和Rectangle，它们继承自Shape类并实现了draw()方法。

// Circle类，继承自Shape
class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

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

    // 实现draw()方法
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing Circle with radius " << radius << std::endl;
    }
};

// Rectangle类，继承自Shape
class Rectangle : public Shape {
private:
    double width, height;

public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

    // 实现draw()方法
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing Rectangle with width " << width << " and height " << height << std::endl;
    }
};

3. 客户端代码

最后，我们在客户端代码中创建Circle和Rectangle的对象，并通过Shape类型的指针来调用它们的draw()方法，展示多态性的使用。

int main() {
    // 创建Circle和Rectangle对象
    Circle c(5.0);
    Rectangle r(4.0, 6.0);

    // 通过Shape类型的指针调用draw()方法
    Shape* shapePtr;

    shapePtr = &c;
    shapePtr->draw(); // 输出：Drawing Circle with radius 5

    shapePtr = &r;
    shapePtr->draw(); // 输出：Drawing Rectangle with width 4 and height 6

    return 0;
}

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