继承 — 抽象基类 (ABC)

将接口与实现分离有何重要意义？

接口是公司最宝贵的资源。设计接口所需的时间比快速实现一个满足该接口的具体类要长。此外，接口需要花费更多资深人员的时间。

既然接口如此宝贵，就应该保护它们，使其不被数据结构和其他实现细节所玷污。因此，您应该将接口与实现分离。

如何在 C++ 中（像 Modula-2 那样）将接口与实现分离？

使用抽象基类 (ABC)。

什么是 ABC？

抽象基类。

在设计层面，抽象基类 (ABC) 对应一个抽象概念。如果您问一个机械师他是否修理车辆，他可能会想您指的是哪种类型的车辆。他很可能不修理航天飞机、远洋客轮、自行车或核潜艇。问题是“车辆”这个词是一个抽象概念（例如，除非您知道要建造哪种车辆，否则您无法建造“车辆”）。在 C++ 中，`class Vehicle` 将是一个 ABC，`Bicycle`、`SpaceShuttle` 等是派生类（`OceanLiner` 是一种 `Vehicle`）。在现实世界的面向对象编程中，ABC 无处不在。

在编程语言层面，ABC 是一个包含一个或多个纯虚成员函数的 `class`。您无法创建 ABC 的对象（实例）。

什么是“纯虚”成员函数？

一个成员函数声明，它将一个普通类变成一个抽象类（即一个 ABC）。您通常只在派生类中实现它。

某些成员函数仅存在于概念中；它们没有任何合理的定义。例如，假设我要求您在位置 `(x,y)` 绘制一个大小为 7 的 `Shape`。您会问我“应该绘制哪种形状？”（圆形、正方形、六边形等绘制方式不同）。在 C++ 中，我们必须指出 `draw()` 成员函数的存在（以便用户在拥有 `Shape*` 或 `Shape&` 时可以调用它），但我们认识到它（逻辑上）只能在派生类中定义。

class Shape {
public:
  virtual void draw() const = 0;  // = 0 means it is "pure virtual"
  // ...
};

这个纯虚函数使 `Shape` 成为一个 ABC。如果您愿意，可以将“`= 0;`”语法理解为代码位于 `NULL` 指针处。因此，`Shape` 向其用户承诺一项服务，但 `Shape` 无法提供任何代码来履行该承诺。这强制从 `Shape` 派生的任何[具体]类创建的实际对象都具有指定的成员函数，尽管基类还没有足够的信息来实际定义它。

请注意，可以为纯虚函数提供定义，但这通常会混淆新手，最好避免，直到以后再使用。

如何为包含指向（抽象）基类指针的类定义复制构造函数或赋值运算符？

如果该类“拥有”由（抽象）基类指针指向的对象，请在（抽象）基类中使用虚构造函数习语。与此习语一样，我们在基类中声明一个纯虚 `clone()` 方法。

class Shape {
public:
  // ...
  virtual Shape* clone() const = 0;   // The Virtual (Copy) Constructor
  // ...
};

然后我们在每个派生类中实现这个 `clone()` 方法。以下是派生类 `Circle` 的代码：

class Circle : public Shape {
public:
  // ...
  virtual Circle* clone() const;
  // ...
};

Circle* Circle::clone() const
{
  return new Circle(*this);
}

（注意：派生类中的返回类型有意与基类中的不同。）

以下是派生类 `Square` 的代码：

class Square : public Shape {
public:
  // ...
  virtual Square* clone() const;
  // ...
};

Square* Square::clone() const
{
  return new Square(*this);
}

现在假设每个 `Fred` 对象都“拥有一个” `Shape` 对象。自然，`Fred` 对象不知道 `Shape` 是 `Circle` 还是 `Square` 还是…… `Fred` 的复制构造函数和赋值运算符将调用 `Shape` 的 `clone()` 方法来复制对象。

class Fred {
public:
  // p must be a pointer returned by new; it must not be NULL
  Fred(Shape* p)
    : p_(p) { assert(p != NULL); }
 ~Fred()
    { delete p_; }
  Fred(const Fred& f)
    : p_(f.p_->clone()) { }
  Fred& operator= (const Fred& f)
    {
      if (this != &f) {              // Check for self-assignment
        Shape* p2 = f.p_->clone();   // Create the new one FIRST...
        delete p_;                   // ...THEN delete the old one
        p_ = p2;
      }
      return *this;
    }
  // ...
private:
  Shape* p_;
};