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C++代码优化(二): 区分接口继承和实现继承

article 2024/11/13 3:45:09

1.引言

2.接口继承

3.实现继承

4.如何选择接口继承与实现继承

5.完整实例

6.总结

1.引言

在C++中，区分接口继承和实现继承是一种良好的编程实践，有助于提高代码的可维护性、可读性和可扩展性。接口继承通常指的是从基类继承纯虚函数（pure virtual functions），而实现继承则是从基类继承具体的实现。接口继承和实现继承之间的区别在于，它们分别用于不同的目的：前者用于定义行为，后者用于共享实现。

2.接口继承

接口继承通常用于定义一个抽象基类，其中只包含纯虚函数。这个基类不能被实例化，只能作为其他类的基类使用。

这种方式通常用于定义一组行为约定，保证所有派生类都实现相同的行为，但实现的细节可以各自不同。

特点：

基类只定义接口，不提供任何实现。
派生类必须实现基类中声明的所有纯虚函数。
主要目的是为了多态性，通过基类指针或引用调用派生类的方法。

// 纯虚类，用作接口
class Shape {
public:
    virtual ~Shape() = default;
    virtual void draw() const = 0;  // 纯虚函数，派生类必须实现
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        // Circle 特有的实现
        std::cout << "Drawing Circle" << std::endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        // Rectangle 特有的实现
        std::cout << "Drawing Rectangle" << std::endl;
    }
};

在这个例子中，Shape 类定义了一个纯虚函数 draw()，用于描述绘制形状的行为，但没有提供实现。Circle 和 Rectangle 是具体实现类，负责实现接口中的 draw() 函数。客户端代码可以通过基类指针来调用具体类的实现，利用多态性实现灵活的代码设计。

优点：

派生类必须提供实现，保证了不同派生类实现同样的行为。
可以在接口层面定义抽象概念，解耦具体实现。

缺点：

如果没有具体实现，可能会产生重复代码，导致冗余实现。

3.实现继承

实现继承是指基类不仅定义接口，还提供某些功能的默认实现。派生类可以直接继承这些功能，或者根据需要选择覆盖（override）它们。

这种方式通常用于减少代码重复，提供通用的功能实现，派生类可以选择复用基类的实现，也可以根据具体情况进行覆盖。

特点：

基类既定义接口，也提供某些函数的实现。
派生类可以复用基类中的实现，也可以选择覆盖（override）基类的实现。
主要目的是代码复用，减少重复实现。

class Shape {
public:
    virtual ~Shape() = default;

    // 提供默认实现
    virtual void draw() const {
        std::cout << "Drawing a generic shape" << std::endl;
    }

    // 需要派生类实现的纯虚函数
    virtual double area() const = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        // 调用基类实现，避免重复代码
        Shape::draw();
        std::cout << "Specifically drawing a circle" << std::endl;
    }

    double area() const override {
        return 3.14 * radius * radius;
    }

private:
    double radius = 1.0;
};

在这个例子中，Shape 类不仅定义了接口，还提供了一个默认的 draw() 实现，派生类 Circle 可以调用基类的实现，同时扩展自己特有的行为。Circle 也可以选择覆盖 draw() 函数，改变绘制行为。

优点：

提供了代码复用机制，减少重复代码。
派生类可以在需要时覆盖基类中的实现，灵活性较高。

缺点：

基类的实现可能与派生类不完全匹配，派生类可能需要额外工作去适应。
如果不当使用，可能导致派生类对基类实现的过度依赖。

4.如何选择接口继承与实现继承

类设计时，接口继承与实现继承相互独立，代表着一定的设计意义，在二者之间进行选择时，我们需要考虑的因素：

1) 对于无法提供默认版本的函数接口选择函数接口继承，对于能够提供默认版本的函数接口，选择函数实现继承。

2) 如果你需要强制派生类实现某些行为，而基类不关心实现细节，使用接口继承；如果基类中有可以复用的代码实现，且派生类可能会依赖它，使用实现继承。

5.完整实例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

// 接口继承
class IShape {
public:
    virtual ~IShape() = default;
    virtual void draw() const = 0;
    virtual double area() const = 0;
};

// 实现继承
class Shape : public IShape {
public:
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a generic shape" << std::endl;
    }
    
    // 具体形状必须提供自身的面积计算方式
    virtual double area() const = 0;
};

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

    // 覆盖并调用基类方法
    void draw() const override {
        Shape::draw();  // 调用基类的默认行为
        std::cout << "Drawing a circle with radius " << radius << std::endl;
    }

    double area() const override {
        return 3.14 * radius * radius;
    }

private:
    double radius;
};

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

    void draw() const override {
        Shape::draw();
        std::cout << "Drawing a rectangle with width " << width << " and height " << height << std::endl;
    }

    double area() const override {
        return width * height;
    }

private:
    double width, height;
};

int main() {
    std::vector<std::shared_ptr<IShape>> shapes;
    shapes.push_back(std::make_shared<Circle>(5.0));
    shapes.push_back(std::make_shared<Rectangle>(3.0, 4.0));

    for (const auto& shape : shapes) {
        shape->draw();
        std::cout << "Area: " << shape->area() << std::endl;
    }

    return 0;
}