抽象类与接口在C++中的实现与应用

一、抽象类的概念与实现

抽象类是指在类中包含纯虚函数（没有实现代码的函数），其目的是为了让子类继承并实现这些函数。抽象类不能被实例化，只能作为基类供子类继承。

一个简单的抽象类示例代码如下：

class Shape {
public:
    virtual double getArea() = 0; // 纯虚函数，需要子类实现
    virtual double getPerimeter() = 0; // 同上
};

上面的代码定义了一个抽象类Shape，其中包含两个纯虚函数getArea和getPerimeter。由于这两个函数没有实现代码，所以Shape类不能被实例化。具体实现需要在子类中完成。

二、抽象类的应用

1.实现多态

抽象类是多态的基础，在抽象类中定义的纯虚函数可以在子类中被重写，从而实现多态。具体示例代码如下：

class Circle : public Shape {
public:
    Circle(double r): radius(r){}
    double getArea() {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
    double getPerimeter() {
        return 3.14 * radius * 2;
    }
private:
    double radius;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    Rectangle(double l, double w): length(l), width(w){}
    double getArea() {
        return length * width;
    }
    double getPerimeter() {
        return (length + width) * 2;
    }
private:
    double length;
    double width;
};

void printShape(Shape* s) { // 定义一个函数，以Shape类型指针为参数
    cout << "Area: " << s->getArea() << endl;
    cout << "Perimeter: " << s->getPerimeter() << endl;
}

上面的代码实现了两个子类Circle和Rectangle，它们都继承了Shape抽象类并实现了其中的纯虚函数getArea和getPerimeter。通过传入Shape指针，可以调用printShape函数，打印出不同的子类实例的面积和周长。

2.防止重复代码

抽象类可以作为公共代码的集合，避免在多个类中重复编写相同的代码。例如，在网上商城中，电子产品、家电、食品等商品都需要添加到购物车中，而且每种商品的添加方法都是类似的。这时，可以定义一个抽象类Product，其中包含添加到购物车的方法，然后让所有的商品类都继承自Product，避免重复编码。

三、接口的概念与实现

接口是纯抽象类，其中只包含纯虚函数，而且这些函数不包含任何实现代码。接口主要用于描述类的功能行为（what）而非其实现方式（how）。

一个简单的接口示例代码如下：

class IShape {
public:
    virtual double getArea() const = 0;
    virtual double getPerimeter() const = 0;
};

上面的代码定义了一个接口IShape，同样包含两个纯虚函数getArea和getPerimeter。与抽象类的区别在于，接口的函数全部是纯虚函数。

四、接口的应用

1.实现多态

接口同样可以实现多态，具体实现方式与抽象类类似。示例代码如下：

class Circle : public IShape {
public:
    Circle(double r): radius(r){}
    double getArea() const {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
    double getPerimeter() const {
        return 3.14 * radius * 2;
    }
private:
    double radius;
};

class Rectangle : public IShape {
public:
    Rectangle(double l, double w): length(l), width(w){}
    double getArea() const {
        return length * width;
    }
    double getPerimeter() const {
        return (length + width) * 2;
    }
private:
    double length;
    double width;
};

void printIShape(const IShape& shape) {
    cout << "Area: " << shape.getArea() << endl;
    cout << "Perimeter: " << shape.getPerimeter() << endl;
} 

上面的代码中，两个子类Circle和Rectangle都继承自IShape接口，并实现了其中的纯虚函数。通过传入IShape对象，可以调用printIShape函数，打印出不同的子类实例的面积和周长。

2.定义规范

接口可以定义规范，规定了函数的命名、返回值、参数等信息，使得项目组成员可以在遵守规范的前提下实现自己的代码。在软件工程中，定义规范是非常重要的，有利于代码维护和后期开发。

总结

抽象类和接口都是C++中实现多态的重要方式，具备了很强的扩展性和灵活性。合理运用抽象类和接口可以避免代码冗余和提高代码的可维护性。