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C++接口概念“方法学”

敬业的IT人 互联网 佚名 2008-1-3 19:14:04

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简介
接口（Interface），作为一种比类更强大的语言特性，已出现在了Java、C#及其他语言中，但C++中却没有。本文中将要演示的，是一种C++接口概念“方法学”上的实现；且从Visual Studio.NET 2002开始，微软也以一种扩展的方法来走这同一条路，其允许编译器来实现接口中的大多数特性，当然了，C++托管扩展也支持 .NET接口的定义与实现。不管怎样，在这些实现机制之间，还是有一些微妙差别的，都需要你给予充分的重视。
一个接口在没有特定实现之前，其描述了类的行为或功能，代表了提供者与使用者都必须遵守的约定，它定义各个实现者的所需完成的功能，而不管它们怎样具体去做。

第一个版本
首先，在头文件中定义了一些宏，你可在程序的预编译头文件中包含它： 
//// CppInterfaces.h// #define Interface class#define DeclareInterface(name) Interface name { \ public: \virtual ~name() {}#define DeclareBasedInterface(name, base) class name : public base { \public: \virtual ~name() {}#define EndInterface }; #define implements public
使用这些宏，能以下面这种方式声明一个接口： 
//// IBar.h// DeclareInterface(IBar)virtual int GetBarData() const = 0;virtual void SetBarData(int nData) = 0;EndInterface
接下来，可像下面这样声明一个实现了这个接口的类： 

//// Foo.h// #include "BasicFoo.h"#include "IBar.h"class Foo : public BasicFoo, implements IBar{//构造及析构函数 public:Foo(int x) : BasicFoo(x){}~Foo();// IBar的实现 public:virtual int GetBarData() const{//函数体 }virtual void SetBarData(int nData){//函数体 }};
很简单吧，无须太费力，现在就能在C++中使用接口了，但是，因为它们不是直接被语言支持的，所以要遵循以下这些在编译时不能自动应用的规则，毕竟，在所有编译器的“眼中”，这些都是多重继承和抽象基类。

² 当声明一个类时，要使用基类来搭建“结构性”的继承（成为“is a 是一个”的关系），例如：CFrameWnd继承自CWnd，CBitmapButton继承自CButton，xxDialog继承自CDialog。尤其当在使用MFC时，这点非常重要，以避免破坏MFC的运行时类机制。
² 为实现接口使用额外的基类，有多少个接口，就用多少个基类。例如：lass Foo : public BasicFoo, implements IBar, implements IOther, implements IWhatever
² 不要在接口中声明任何变量。接口是用来表示行为，而不是数据，除此以外，这样做还可以在使用多重继承并继承自同一个接口不止一次时，避免某些错误。
² 在接口中把所有的成员函数声明为纯虚函数（即带上“=0”）。这可确保声明实现接口的每个实例化的类都实现其自已的函数；也可在抽象类中部分实现一个接口，只要在继承来的类中实现了余下的函数。另外，接口不提供“基本”实现，因为必须保证每个得到接口指针的调用者，都可以调用它的任意成员；把所有的接口成员声明为纯虚，可在编译期间强制应用这条规则。
² 接口只能从接口继承，而从其他任何类型继承都不行，可使用DeclareBasedInterface()来达到此目的。正常的类能选择实现基接口或继承来的接口，而后者也意味着实现了前两者。

把一个实现了某些接口的类的指针，赋值给这些接口的指针，并不需要进行转换，因为实际上是在把它转换为一个基类；但反过来，把一个接口指针，赋给一个实现它的类的指针，就需要显式转换了，因为是在把它转换为一个继承类。由于我们实际上是在使用多重继承——也可把它看作单重继承加上接口实现，且它们可能需要不同的内存值，所以“老式”的转换方法就行不通了；然而，打开RTTI（Run-Time Type Information运行时类型信息）/GR编译选项，并使用dynamic_cast，就完全没有问题了，且在任何情况下都是安全的。进一步来说，使用dynamic_cast还可以查询任意对象及接口，是否实现了某个特定的接口。

另外，还必须小心避免在不同接口中的函数名冲突。进入讨论组讨论。

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进一步评估
也许在你看了上述文字之后，会有一些想法：为什么要为宏费心呢？而它们并没有用到什么强制性的规则，也没有提高老式#define begin {、#define end }语法的可读性啊。
但如果你仔细观察DeclareInterface和DeclareBasedInterface宏，你会注意到还是有一些强制性规则存在的：实现了一个接口的类都有一个虚拟析构函数；也许你认为它并不重要，但是如果缺少虚拟析构函数，会导致某些问题，请看下面的代码： 
DeclareInterface(IBar)virtual LPCTSTR GetName() const = 0;virtual void SetName(LPCTSTR name) = 0;EndInterfaceclass Foo : implements IBar{//内部数据 private:char* m_pName;//构造与析构函数 public:Foo(){m_pName = NULL;}~Foo(){ReleaseName();}protected:void ReleaseName(){if (m_pName != NULL)free(m_pName);}// IBar的实现 public:virtual const char* GetName() const{return m_pName}virtual void SetName(const char* name){ReleaseName();m_pName = _strdup(name);}};class BarFactory{public:enum BarType {Faa, Fee, Fii, Foo, Fuu};static IBar CreateNewBar(BarType barType){switch (barType){default:case Faa:return new Faa;case Fee:return new Fee;case Fii:return new Fii;case Foo:return new Foo;case Fuu:return new Fuu;}}};
如上所示，这里有一个类工厂（factory），可以基于BarType参数，请求它来创建IBar的某个实现；在用完之后，往往会想到删除这个对象，目前为止，一切都正常，但如果用在某些程序的main函数中呢： 

int main(){IBar* pBar = BarFactory::CreateBar(Foo);pBar->SetName("MyFooBar");//尽可能地多使用pBar// ...//在不需要时删除它 delete pBar; //啊呀！ }

在执行到delete pBar这一行时会发生什么，完全依赖于对象的类是否有一个虚拟析构函数。如果Foo没有一个虚拟析构函数，编译器只会生成一个对IBar隐式空析构函数的调用，而Foo的构析函数并没有被调用，因此会造成内存漏泄。在接口声明宏中的虚拟析构函数就是为了要防止这种情况发生的，它们保证了每个实现了一个接口的类，都会有一个虚拟析构函数。
既然我们使用了DeclareInterface，那么用EndInterface来进行配对还是说得过去的，至少好过用一个花括号来匹配吧。至于Interface与implements，它们各自会解析为class与public，使用它们看上去似乎有点多余，但它们能更好地表达代码所代表的意图，比如说从Foo : public IBar中，就只能看出继承关系，如果写成Foo implements IBar，就可看出实际的用意了。

 

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Visual Studio.NET 中对C++接口的支持
微软从Visual Studio.NET 2002开始，引入了一种新的关键字：__interface，它是一种针对C++编译器的微软扩展，在相应文档中，对一个Visual C++接口进行了如下说明：

² 能从零个或多个基接口继承。
² 不能继承自一个基类。
² 只能包含公有及纯虚方法。
² 不能包含构造函数、析构函数、操作符函数。
² 不能包含静态方法。
² 不能包含数据成员；但允许有属性。

文档还注明：“一个C++类或结构可用以上规则来实现，但必须加上__interface。”因此，如果不在意可移植性的话，是否可用__interface这个扩展让编译器来完成剩下的工作呢？错了。
还记得虚拟析构函数吗？__interface并不会为实现一个类而添加虚拟析构函数，如果你仔细看过文档，就会发现它们实际上是由COM接口实现的，所以你从不会用到delete，因为它们是引用计数的对象，当计数为零时，会对自身调用delete。
那么在DeclareInterface 宏定义中使用__interface，这不就两全其美了吗？再看一下前面的规则：“不能包含构造函数、析构函数及操作符函数”。这可能让人觉得有点不可能，甚至会想到为什么要在COM接口中使用__interface呢，况且也不适合这里所说到的通用接口啊。那么，请再往下看。

两全其美的方法
这儿有一个非常简单的解决方案：接口的名字实际上用于声明一个类，而这个类包含了一个虚拟析构函数且继承自包含了必要方法的一个__interface。现在宏定义如下：
//// CppInterfaces2.h// #define Interface class#define implements public #define DeclareInterface(name) __interface actual_##name { #define DeclareBasedInterface(name, base) __interface actual_##name \: public actual_##base {#define EndInterface(name) }; \ Interface name : public actual_##name { \public: \virtual ~name() {} \};
使用上面定义的宏来声明一个接口： 
//// IBar2.h// DeclareInterface(IBar)int GetBarData() const;void SetBarData(int nData);EndInterface(IBar)
也许你已注意到了，新的宏定义用到了两次接口名（IBar），第一次是DeclareInterface()，而第二次是EndInterface()。另一方面，倘若你不怎么在意移植性问题，那么这个宏比微软编译器所提供的扩展有利得多，因为接口（仅指提供了实现类的纯虚方法、虚拟析构函数且没有数据成员的接口）的方方面面，都自动完成了，甚至不必显式声明接口方法为virtual或纯虚（=0）——虽然声明了也没什么关系。进入讨论组讨论。
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