白话C++系列（26） -- 接口类

接口类

问题：什么是接口类？？

如果在一个抽象类中，仅含有纯虚函数，而不含有其他的任何东西，那么我们就称之为接口类。即：仅含有纯虚函数的类称为接口类。

那么，我们如何理解接口类的定义呢？

也就是说，在类当中，没有任何的数据成员，只有成员函数，而这仅有的成员函数当中，其又都是纯虚函数，此时，我们就把这样的类称之为接口类。

下面通过一个例子来说明接口类的定义方法。如下：

Shape这个类在之前的课程中已经讲过，此时，如果我们将Shape类中的计算面积和计算周长这两个成员函数都定义成纯虚函数，并且Shape类此时还不含有别的成员函数以及数据成员，那么，此时我们就称Shape这个类为接口类。

在实际的使用过程中，接口类更多的是用来表达一种能力或协议。这句话又该如何理解呢？我们还是通过一个例子来进行说明。

比如，我们有上面的一个类，这个类的意思就是“会飞的”。如果我们要是有会飞这种能力，那么我们就应该事先以下两个函数：起飞和降落。在这里，我们可以看到，起飞和降落这两个函数都是虚函数，那么继承Flyable这个类的子类就必须要实现在Flyable这个类当中所定义的起飞和降落这两个纯虚函数，实现之后，它就具有了“会飞”这种能力。我们来看一下：如果我们定义了鸟（Bird）这个类，并且Bird去继承Flyable这个类（如下）。

当形成了这种继承关系之后，如果我们要实例化Bird，那么我们就必须要在Bird这个类当中去实现起飞和降落这两个函数（如上面省略号表示的函数体）。大家可以想一想，如果我们在使用的时候，有如下一个函数flyMatch()。

我们看到，flyMatch这个函数所要求传入的指针是“会飞”的，也就是说，任何会飞的对象的指针都可以传入进来。Bird这个类实现了Flyable，即Bird是一个子类。前面我们讲过，当我们用一个子类去继承父类的时候，就形成了一种is-a的关系。当形成了这种is-a的关系之后，我们就可以在flyMatch，也就是飞行比赛当中传入两个指针，这两个指针要求传入的类只要是Flyable的子类就可以了。那么这个时候，我们知道Bird是Flyable的子类，那么在flyMatch中就可以传入Bird类的对象指针。传入进来的对象指针就可以调用Flyable类中所要求必须实现的起飞和降落这两个函数了。这个时候，大家应该隐隐的感觉到，其实Flyable这个类就相当于是一种协议，你如果想要参加飞行比赛，那么你就一定要会飞；那么如果你会飞，你一定实现了起飞和降落这两个函数；那么你实现了这两个函数，那么我们就可以再flyMatch（飞行比赛）中去调用了。同样的道理，如果我们有如下一个类，这个类叫做CanShot（能够射击，即一种具有射击的能力）。

在这个类当中，我们定义了两个纯虚函数：瞄准和装弹。此时，如果我们再定义一个Plane（飞机类），飞机可以进行多继承，其继承了Flyable（会飞的）和CanShot（可以射击的）这两个类，如下所示：

那么这个时候，想要实例化Plane，那么，它就要必须实现Flyable中的起飞（takeoff）和降落（land）以及CanShot中的瞄准（aim）和装弹（reload）。如果我们把这些都实现了，那么，假设我们有如下一个函数fight（战斗）。战斗的时候，我们要求，只需要具有能够射击这种能力就可以了，如下所示：

那么，作为Plane（飞机）这个二类来说，它既是Flyable的子类也是CanShot（射击）这个类的子类。Fight这个函数要求只要是CanShot的子类就可以了。如果我们此时传入Plane这个类的对象指针给fight，其就是满足fight函数参数要求的。那么传入进来的对象指针必定是CanShot这个类的对象指针，呢么它就一定实现了瞄准和装弹这两个函数，实现之后，我们就可以再fight战术中去调用者两个函数了。

对于接口类来说，更为复杂的情况如下所示：

当我们定义一个Plane（飞机）这样的一个类的时候，对于飞机来说，他一定是能够会飞的，所以我们继承Flyable这个类，这样飞机就有了好“会飞”的能力。如果想要去实例化飞机，，那么此时我们就必须要实现起飞和降落这两个函数。而战斗机是可以继承飞机的，同时战斗机还应该具有射击的能力，这个时候它也是一种多继承，如下所示：

这种多继承请大家注意：它的第一个父类（Plane）并不是一个接口类，它的第二个父类（CanShot）则是一个接口类。这种情况下，我们从逻辑上可以理解为：战斗机是继承了飞机的绝大部分属性，同时还具有能够射击这样的功能，那么我们就需要在战斗机中去实现CanShot这个类当中的瞄准和装弹这两个函数。实现完成之后，如果我们有一个函数airBattle（空战），而空战的时候就需要传入两个战斗机的对象指针，如下所示：

因为此时我们传入的是战斗机的对象指针，那么战斗机对象当中一定实现了CanShot中瞄准和装弹这两个函数，同时，也肯定实现了Flyable中的起飞和降落这两个函数，于是我们就可以放心地在airBattle（空战）这个函数中去调用Flyable和CanShot所约定的函数了。

接口类代码实践

题目描述：

/*  ********************************************   */

/*  接口类

         1. Flyable类，成员函数：takeoff(起飞)、land(降落)

         2. Plane类，成员函数：takeoff、land、printCode，数据成员：m_strCode

         3. FighterPlane类，成员函数：构造函数、takeoff、land

         4. 全局函数flyMatch(Flyable *f1, Flyable *f2)

*/

/*  ********************************************   */

程序框架：

 

头文件（Flyable.h）

#ifndef FLYABLE_H
#define FLYABLE_H

//Flyable只含有纯虚函数，没有其他的成员函数，也没有任何的数据成员，
//所以不需要.cpp文件，这样的类就称之为接口类
class Flyable 
{
public:
    virtual void takeoff() = 0;
    virtual void land() = 0;
};

#endif

头文件（Plane.h）

#ifndef PLANE_H
#define PLANE_H

#include <string>
#include "Flyable.h"
using namespace std;

class Plane:public Flyable
{
public:
    Plane(string code);
    virtual void takeoff();
    virtual void land();
    void printCode();
private:
    string m_strCode;
};

#endif

源程序（Plane.cpp）

#include <iostream>
#include "Plane.h"

using namespace std;

Plane::Plane(string code)
{
    m_strCode = code;
}
void Plane::takeoff()
{
    cout << "Plane --> takeoff()" << endl;
}
void Plane::land()
{
    cout << "Plane --> land()" << endl;
}
void Plane::printCode()
{
    cout << m_strCode << endl;
}

头文件（FighterPlane.h）

#ifndef FIGHTERPLANE_H
#define FIGHTERPLANE_H

#include "Plane.h"
#include <string>
using namespace std;

class FighterPlane:public Plane
{
public:
    FighterPlane(string code);
    virtual void takeoff();
    virtual void land();
};
#endif

源程序（FighterPlane.cpp）

#include <iostream>
#include "FighterPlane.h"

using namespace std;

FighterPlane::FighterPlane(string code):Plane(code)
{
}
void FighterPlane::takeoff()
{
    cout << "FighterPlane --> takeoff()" << endl;
}
void FighterPlane::land()
{
    cout << "FighterPlane --> land()" << endl;
}

主调程序（demo.cpp）

#include <iostream>
#include "stdlib.h"
#include <string>
#include "FighterPlane.h"

using namespace std;

void flyMatch(Flyable *f1, Flyable *f2)
{
    f1->takeoff();
    f1->land();
    f2->takeoff();
    f2->land();
}

int main()
{
    Plane p1("001");
    Plane p2("002");
    p1.printCode();
    p2.printCode();
    flyMatch(&p1, &p2);

    system("pause");
    return 0;
}

我们来看一看运行结果（按F5）

从运行结果，我们可以看到，首先打印出来两行”001”和”002”，这个毫无疑问是通过printCode函数打印出来的；接下来打印出来的四行，分别是f1的起飞和降落，f2的起飞和降落，这个也说明了Plane可以正确的作为参数传递给flyMatch。通过打印结果，我们可以看到，对于flyMatch这个函数来说，它相当于限制了传入参数的参数类型，并且可以在函数体中放心地去调用接口类当中所定义的纯虚函数，这个就是接口类最为常见的用法。接下来我们使用FighterPlane这个类来试一试，看看其能不能作为参数传入到flyMatch当中，修改main函数如下：

int main()
{
    FighterPlane p1("001");
    FighterPlane p2("002");
    p1.printCode();
    p2.printCode();
    flyMatch(&p1, &p2);

    system("pause");
    return 0;
}

我们来看一看运行结果：

通过运行效果，我们可以看到，打印飞机编号跟之前是一样的，但后面四行是不一样的。我们可以看到，通过f1和f2调用起飞和降落函数呢，实际上调用的是FighterPlane（战斗机）这个类当中的起飞和降落函数。此外，我们再做一个小小的修改：要求在FighterPlane中不仅要继承Plane这个类，而且还要继承Flyable这个类，同时，不让Plane继承Flyable这个类（注意此时就要去掉之前实现的纯虚函数takeoff和land）。这个时候，我们发现此时是一个多继承：FighterPlane既继承了Plane这个类，也继承了Flyable这个类。在这种情况下，对于FighterPlane来说，它就有了两个父类，这就意味着：FighterPlane既是一个Plane，也是一个Flyable。

修改后的头文件（Plane.h）

#ifndef PLANE_H
#define PLANE_H

#include <string>
#include "Flyable.h"
using namespace std;

class Plane
{
public:
    Plane(string code); 
    void printCode(); 
private:
    string m_strCode;
};

#endif

修改后的源程序（Plane.cpp）

#include <iostream>
#include "Plane.h"

using namespace std;

Plane::Plane(string code)
{
    m_strCode = code;
}

void Plane::printCode()
{
    cout << m_strCode << endl;
}

修改后的头文件（FighterPlane.h）

#ifndef FIGHTERPLANE_H
#define FIGHTERPLANE_H

#include "Plane.h"
#include <string>
using namespace std;

class FighterPlane:public Plane,public Flyable
{
public:
    FighterPlane(string code);
    virtual void takeoff();
    virtual void land();
};
#endif

main函数不变，如下：

int main()
{
    FighterPlane p1("001");
    FighterPlane p2("002");
    p1.printCode();
    p2.printCode();
    flyMatch(&p1, &p2);

    system("pause");
    return 0;
}

此时我们来看一看运行结果：

从运行结果可以看到跟之前一样，但是意义却不同了。此时的FighterPlane既继承了Plane这个类，也继承了Flyable这个类。这就意味着，如果有另外一个函数，要求传入的是Plane而不是FighterPlane，如下：

void flyMatch(Plane *f1, Plane *f2)
{
    f1->printCode();
    f2->printCode();    
}

而我们在main函数中：

int main()
{
    FighterPlane p1("001");
    FighterPlane p2("002");

    flyMatch(&p1, &p2);

    system("pause");
    return 0;
}

我们实例化的是FighterPlane，但在flyMatch这个函数中，我们仍然传入的是FighterPlane（p1和p2），这样写是合法的，因为flyMatch要求传入的类是FighterPlane的父类，所以这样写是合法的。此时，我们按F5来看一看运行的结果如何：

我们可以看到，打印出来的结果只有两行”001”和”002”。通过这两个实验，我们可以更进一步的体会到接口类给我们带来的好处，以及多继承给编程带来的灵活性。