编辑“︁C++ 接口类”︁

= C++接口类 =

== 简介 ==
'''C++接口类'''是一种特殊的抽象类，它仅包含纯虚函数（pure virtual functions）而没有数据成员，用于定义一组必须由派生类实现的规范。接口类在C++中通过抽象基类实现，是面向对象编程中'''多态性'''和'''设计契约'''的核心机制。

== 核心特性 ==
* 仅包含纯虚函数（无实现代码）
* 无数据成员（避免状态耦合）
* 通过继承实现多态
* 命名惯例：通常以"I"前缀或"able"后缀标识（如 `IDrawable`）

== 语法结构 ==
接口类的标准定义方式：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class InterfaceName {
public:
    virtual ~InterfaceName() = default;  // 虚析构函数
    virtual ReturnType Method1(Parameters) = 0;  // 纯虚函数
    virtual ReturnType Method2(Parameters) = 0;
    // ... 其他纯虚函数
};
</syntaxhighlight>

== 代码示例 ==
=== 基础示例 ===
定义图形渲染接口：
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>

class IRenderable {
public:
    virtual ~IRenderable() = default;
    virtual void Render() const = 0;
};

class Circle : public IRenderable {
public:
    void Render() const override {
        std::cout << "Rendering Circle" << std::endl;
    }
};

int main() {
    IRenderable* shape = new Circle();
    shape->Render();  // 输出: Rendering Circle
    delete shape;
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 多重接口示例 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
class ILoggable {
public:
    virtual ~ILoggable() = default;
    virtual std::string GetLogData() const = 0;
};

class DatabaseConnection : public IRenderable, public ILoggable {
    // 必须实现两个接口的所有方法
};
</syntaxhighlight>

== 设计原则 ==
=== 接口隔离原则 ===
<mermaid>
classDiagram
    class IWorker {
        <<interface>>
        +Work()
    }
    class IEater {
        <<interface>>
        +Eat()
    }
    class Human : IWorker, IEater
    class Robot : IWorker
</mermaid>

根据'''接口隔离原则(ISP)'''：
* 不应强迫客户端依赖它们不用的方法
* 应将庞大接口拆分为多个小接口

== 高级应用 ==
=== 运行时类型识别 ===
使用 `dynamic_cast` 检查接口实现：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void ProcessObject(IRenderable* obj) {
    if (auto loggable = dynamic_cast<ILoggable*>(obj)) {
        std::cout << "Log: " << loggable->GetLogData();
    }
    obj->Render();
}
</syntaxhighlight>

=== CRTP 静态接口 ===
编译期接口检查技术：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template <typename T>
class ICloneable {
public:
    T* Clone() const {
        return static_cast<const T*>(this)->CloneImpl();
    }
};

class Document : public ICloneable<Document> {
    Document* CloneImpl() const { /* 实现 */ }
};
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==
=== 插件系统架构 ===
<mermaid>
sequenceDiagram
    Plugin->>+Host Application: 注册接口实现
    Host Application->>Plugin: 通过接口调用功能
    Plugin-->>-Host Application: 返回结果
</mermaid>

典型接口定义：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class IPlugin {
public:
    virtual ~IPlugin() = default;
    virtual std::string GetName() const = 0;
    virtual void Initialize() = 0;
    virtual void Execute() = 0;
};
</syntaxhighlight>

== 数学表示 ==
接口类可形式化定义为：
<math>
\mathcal{I} = \{ f_1, f_2, ..., f_n \ |\ \forall f_i \text{ 是纯虚函数} \}
</math>

其中派生类 <math>D</math> 必须满足：
<math>
D \vdash \text{实现所有 } f_i \in \mathcal{I}
</math>

== 常见问题 ==
{| class="wikitable"
|-
! 问题 !! 解决方案
|-
| 接口类能否有实现？ || 可以包含默认实现（C++11起使用 `= default`）
|-
| 多重继承的菱形问题 || 使用虚继承（但接口类通常不需要）
|-
| 如何强制接口规范？ || 使用 `override` 关键字（C++11）
|}

== 最佳实践 ==
1. 遵循单一职责原则
2. 优先使用抽象基类而非具体类作为参数类型
3. 接口方法应正交设计（无功能重叠）
4. 为接口类编写单元测试
5. 使用智能指针管理接口对象生命周期

== 参见 ==
* [[C++抽象类]]
* [[设计模式]]
* [[SOLID原则]]

[[Category:编程语言]]
[[Category:C++]]
[[Category:C++ 面向对象高级]]