【Example】C++ 接口(抽象类)概念讲解及例子演示
C++ 和 Java 不同的是,C++ 没有 interface 关键字。对于很多新手来说,C++ 当中接口的概念不容易像 Java 当中那样被理解。
然而接口是面向对象编程当中的重要组成部分,也是新手需要学习的重要思维,虽然 C++ 并不那么面向对象。
首先,要明确接口的概念:
接口的存在意义是为不同的派生类提供统一的标准,继而实现面向对象编程当中的多态概念。
对象是对客观事物的抽象,类是对对象的抽象。
那么,C++ 当中既然不存在 interface 关键字,那么接口是通过什么方式来实现的呢?
首先要讲两个概念:
一、纯虚函数 (Pure Virtual Function):
1,纯虚函数只有函数名、参数、返回值类型。
2,纯虚函数的定义是在函数句首使用 virtual 关键字修饰,并且在句末增加 "= 0"。
virtual void funtion() = 0;
3,纯虚函数只有声明,基类可以存在纯虚函数的实现(但无意义,因为子类都要重写)。
4,定义纯虚函数的目的在于,使每一个派生类都拥有相同的函数规范。
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承上启下:包含纯虚函数的类就是抽象类。
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二、抽象类 (Abstract Class):
1,抽象类必须包含一个纯虚函数,存在纯虚函数的类就一定是一个抽象类。
2,抽象类不能被实例化,只能被继承派生,因为纯虚函数不是完整的函数,无法调用,也无法为其分配内存空间。
3,派生出来的子类必须实现所有抽象类当中的纯虚函数。
4,抽象类默认存在隐式的构造函数,但是不能将构造函数定义为纯虚函数。(因为无意义)
5,析构函数可以定义成纯虚函数,相应的派生类也要给出析构函数的实现。
6,如果派生出来的子类没有实现父抽象类当中的所有纯虚函数,那子类仍然是抽象类。
所以,特点就很显而易见了,有这么一个“类”,它不能被实例化,只能被继承,而继承它的派生类必须要重写它声明的所有函数。
这就是接口的概念,为所有派生类提供了一个统一的规范可以实现多态。
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演示讲解部分
这里的 Demo 不像高校老师那样随便写几个类来演示了,而是选择一个更贴合实际开发的场景:
定义一个接口(抽象类),封装两个动态库代码去继承并分别采用不同方式实现,最后在 main 函数中执行通过多态获得不同效果。
演示使用 Visual Studio 2022,其中会涉及智能指针、动态库类的导出、动态库链接等额外知识点,自行 Docs 补充。(一闪而过非常简单)
Visual Studio 是一个解决方案包含N个项目,这个 Demo 的结构就是接口作为一个项目、两个动态库两个项目、演示执行的EXE一个项目。
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新建第一个项目,创建接口头文件:BrainToolBoxInterface.h
文件中有一个叫“大脑工具箱”的抽象类,它拥有两个纯虚函数作为统一的接口。
#pragma once #include <vector> using std::vector; // 定义统一的 DLL 导出宏 #define BrainToolBoxDLL_EXPORTS // 定义接口 class BrainToolBoxInterface { public: // 对 Vector 进行排序的接口 virtual void SortVector(std::vector<int>& vec) = 0; // 说自己是人脑还是电脑 virtual void SelfIntroduction() = 0; };
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新建第二和第三个项目:分别叫 “人力工具箱” 和 “电脑工具箱”的两个动态库
其中两个项目的 dllmain、phc、framework完全一致,并且VS会自动帮你创建。
但是要注意,两个项目新建后,要将接口头文件所在的路径添加到 “附加包含目录”。
补充 DLL 导出相关知识(重要):
dllexport 与 dllimport 属性官方解释:Microsoft 专用 dllexport 与 dllimport
注意两个属性必须搭配 _declspec() 关键字使用。
我们的两个动态库是给外部程序调用的,所以应使用 _declspec(dllexport),表明类可以被外部所使用。
注意:[摘自MSDN] 不使用 __declspec(dllimport) 也能正确编译代码,但使用 __declspec(dllimport) 使编译器可以生成更好的代码。编译器之所以能够生成更好的代码,是因为它可以确定函数是否存在于 DLL 中,这使得编译器可以生成跳过间接寻址级别的代码,而这些代码通常会出现在跨 DLL 边界的函数调用中。但是,必须使用 __declspec(dllimport) 才能导入 DLL 中使用的变量。
以下代码可以看到,“人力工具箱” 和 “电脑工具箱” 使用了共同的 BrainToolBoxInterface 接口,但是实现方式完全不同。
“人力工具箱”动态库:
HumanToolBox.h 文件内容:
#pragma once #include "BrainToolBoxInterface.h" // 配置类的导出 #ifdef BrainToolBoxDLL_EXPORTS #define BrainToolBoxDLL __declspec(dllexport) #else #define BrainToolBoxDLL __declspec(dllimport) #endif // 修饰类使其可以被导出 class BrainToolBoxDLL HumanToolBox : public BrainToolBoxInterface { public: // 构造 HumanToolBox(); // 析构 ~HumanToolBox(); // 对 Vector 进行排序 void SortVector(std::vector<int>& vec); // 自我介绍 void SelfIntroduction(); };
HumanToolBox.cpp 文件内容:(手写了冒泡排序来实现)
#include "pch.h" #include "HumanToolBox.h" #include <iostream> HumanToolBox::HumanToolBox() { } HumanToolBox::~HumanToolBox() { } void HumanToolBox::SortVector(std::vector<int>& vec) { int vec_size = vec.size(); for (size_t i = 0; i < vec_size; i++) { int trend_size = vec_size - i - 1; for (size_t j = 0; j < trend_size; j++) { if (vec[j] > vec[j + 1]) { int k = vec[j]; vec[j] = vec[j + 1]; vec[j + 1] = k; } } } return; } void HumanToolBox::SelfIntroduction() { std::cout << "I am super man!" << std::endl; return; }
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“电脑工具箱”动态库:
ComputerToolBox.h 文件内容:
#pragma once #include "BrainToolBoxInterface.h" // 配置类的导出 #ifdef BrainToolBoxDLL_EXPORTS #define BrainToolBoxDLL __declspec(dllexport) #else #define BrainToolBoxDLL __declspec(dllimport) #endif // 修饰类使其可以被导出 class BrainToolBoxDLL ComputerToolBox : public BrainToolBoxInterface { public: // 构造 ComputerToolBox(); // 析构 ~ComputerToolBox(); // 对 Vector 进行排序 void SortVector(std::vector<int>& vec); // 自我介绍 void SelfIntroduction(); };
ComputerToolBox.cpp 文件内容:(调用标准库排序来实现)
#include "pch.h" #include "ComputerToolBox.h" #include <iostream> #include <algorithm> ComputerToolBox::ComputerToolBox() { } ComputerToolBox::~ComputerToolBox() { } void ComputerToolBox::SortVector(std::vector<int>& vec) { std::sort(vec.begin(), vec.end()); return; } void ComputerToolBox::SelfIntroduction() { std::cout << "I am byte!" << std::endl; return; }
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新建第四个项目:创建一个调用两个 DLL 的可执行文件
在项目引用当中添加 ComputerToolBox 和 HumanToolBox。
再将 ComputerToolBox 和 HumanToolBox 头文件所在的路径添加到 “附加包含目录”。
CMD_Main.cpp 文件内容:
// CMD_Main.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。 // #include <iostream> #include <memory> using std::shared_ptr; using std::make_shared; #include "BrainToolBoxInterface.h" #include "ComputerToolBox.h" #include "HumanToolBox.h" int main() { shared_ptr<BrainToolBoxInterface> cr = make_shared<ComputerToolBox>(); shared_ptr<BrainToolBoxInterface> hr = make_shared<HumanToolBox>(); cr->SelfIntroduction(); hr->SelfIntroduction(); return EXIT_SUCCESS; }
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最终运行效果:
I am byte! I am super man!
版权声明:
作者:芯片烤电池
链接:https://www.airchip.org.cn/index.php/2022/02/11/cpp-example-interface/
来源:芯片烤电池
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