C++接口

在 C++ 中，接口（Interface） 是一种特殊的类，它只定义“做什么”（即函数声明），而不提供“怎么做”（即函数实现），其核心作用是规定类的行为规范，强制派生类实现特定功能，同时隐藏具体实现细节。

C++ 中没有专门的 interface 关键字，通常通过纯虚函数和抽象类来模拟接口。

一、接口的定义：纯虚函数与抽象类

纯虚函数：在基类中声明的、没有具体实现的虚函数，语法为 virtual 返回值类型函数名(参数列表) = 0;。
抽象类：包含纯虚函数的类。抽象类不能实例化对象（无法创建具体实例），只能作为基类被其他类继承。

当一个类继承自抽象类时，必须重写所有纯虚函数（提供具体实现），否则该派生类仍为抽象类（也不能实例化）。

二、接口的示例：定义“可打印”接口

假设我们需要一个“可打印”的接口，要求所有实现该接口的类都必须提供“打印自身信息”的功能。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 接口类（抽象类）：定义可打印的规范
class Printable {
public:
    // 纯虚函数：仅声明，无实现，强制派生类实现
    virtual void print() const = 0;

    // 接口类可以有虚析构函数（避免派生类析构不被调用）
    virtual ~Printable() {}
};

// 派生类1：实现 Printable 接口
class Person : public Printable {
private:
    string name;
    int age;
public:
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 必须重写纯虚函数 print()
    void print() const override {
        cout << "Person: " << name << ", " << age << "岁" << endl;
    }
};

// 派生类2：实现 Printable 接口
class Book : public Printable {
private:
    string title;
    string author;
public:
    Book(string t, string a) : title(t), author(a) {}

    // 必须重写纯虚函数 print()
    void print() const override {
        cout << "Book: 《" << title << "》，作者：" << author << endl;
    }
};

// 通用函数：接收 Printable 接口类型，调用 print()
void printAll(const Printable* obj) {
    obj->print();  // 多态调用：实际调用派生类的实现
}

int main() {
    // 不能实例化接口类（抽象类）
    // Printable p;  // 错误：抽象类无法创建对象

    // 创建实现接口的派生类对象
    Printable* p1 = new Person("Alice", 20);
    Printable* p2 = new Book("C++ Primer", "Stanley Lippman");

    // 统一调用接口方法，实现多态
    printAll(p1);  // 输出：Person: Alice, 20岁
    printAll(p2);  // 输出：Book: 《C++ Primer》，作者：Stanley Lippman

    delete p1;
    delete p2;
    return 0;
}

三、接口的核心特性

只定义规范，不提供实现：接口中的函数都是纯虚函数，没有具体代码，仅规定派生类必须实现哪些功能。
不能实例化：接口是抽象类，无法创建对象，只能作为基类被继承。
强制实现：派生类必须重写接口中的所有纯虚函数，否则自身仍为抽象类（无法实例化）。
多态基础：通过接口指针或引用，可以统一调用不同派生类的实现（如示例中 printAll 函数对 Person 和 Book 的统一处理）。
接口隔离：接口只包含与功能相关的函数，不包含成员变量（或仅包含常量），确保接口的简洁性。

四、接口的作用

规范行为：强制派生类遵循统一的行为标准（如“可打印”接口要求所有类必须实现 print 方法），保证代码的一致性。
解耦：接口将“功能定义”与“具体实现”分离。使用接口的代码只需关注接口本身，无需关心派生类的具体实现，降低代码耦合度。
扩展性：新增功能时，只需创建新的派生类实现接口，无需修改使用接口的现有代码（符合“开闭原则”）。例如，若新增 Car 类实现 Printable 接口，printAll 函数无需修改即可直接使用。
多态调用：通过接口实现多态，使同一接口能适配不同实现，提高代码的灵活性。