在C++中设计抽象基类（ABC）的良好实践

Question

在C++中设计抽象基类（ABC）的良好实践

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在Java中，我们可以定义不同的接口，然后稍后为具体类实现多个接口。

// Simulate Java Interface in C++
/*
interface IOne {
    void   MethodOne(int i);
    .... more functions
}

interface ITwo {
    double MethodTwo();
    ... more functions
}

class ABC implements IOne, ITwo {
    // implement MethodOne and MethodTwo
}
*/

在C++中，一般情况下，我们应该避免使用多重继承，虽然多重继承在某些情况下确实有其优势。

class ABC {
public:
    virtual void   MethodOne(int /*i*/) = 0 {}
    virtual double MethodTwo() = 0 {}

    virtual ~ABC() = 0 {}

protected:
    ABC() {} // ONLY ABC or subclass can access it
};

问题1:> 基于ABC的设计，我是否需要改进其他方面以使其成为一个优秀的ABC？

问题2:> 一个好的ABC是否应该不包含成员变量，而是将变量保存在子类中？

问题3:> 如我在评论中所述，如果ABC必须包含太多纯函数，有更好的方法吗？

- q0987

不确定你的实际代码是否类似于第一个示例块，但接口类中的方法声明需要 virtual 关键字；仅在最初声明为 virtual 后，该关键字是可选的。 - ssube

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这段话的意思是：这个是否可以编译？在纯虚函数中0后面的花括号是一个错误。需要注意的是，这里的“花括号”指的是大括号，也称为curly brackets或者braces。 - Alessandro Pezzato

MSDN关于抽象类的说明：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/c8whxhf1.aspx - Stefan Birladeanu

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@AlessandroPezzato：这是正确的。一个纯虚函数不能在类的主体中被定义。它可以在类定义之外被定义。然而，一些编译器(如Visual C++，至少在Visual C++ 2010 SP1)会接受原样的代码。 - James McNellis

@AlessandroPezzato，为什么MSDN没有提供虚析构函数呢？ - q0987

Java和C++代码在语义上是不同的，在Java中，您声明了两个接口并在一个类中实现它们，而在C++中，您定义了一个单独的抽象类（接口）。这是有意为之吗？您实际上是什么意思？ - David Rodríguez - dribeas

4个回答

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在C++中，一般情况下应该避免使用多重继承。和其他语言特性一样，只要适合，就可以使用多重继承。接口通常被认为是多重继承的适当用法（例如，COM）。

ABC的构造函数不需要是受保护的——它不能直接构造，因为它是抽象的。

ABC的析构函数不应该声明为纯虚函数（当然应该声明为虚函数）。你不应该要求派生类实现一个用户声明的构造函数，如果他们不需要一个的话。

接口不应该有任何状态，因此也不应该有任何成员变量，因为接口只定义了如何使用某物，而不是如何实现它。

ABC不应该有太多的成员函数；它应该恰好有所需的数量。如果有太多的成员函数，显然应该删除未使用或不需要的函数，或将接口重构为更具体的几个接口。

- James McNellis

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请注意，如果您接受多重继承（我从未见过不使用它的非平凡应用程序），那么他的所有其他问题都变得无关紧要。 - James Kanze

@q0987 这要看情况。最安全的策略可能是总是从接口虚拟继承，但实际上，这通常是过度设计；例如，实现通常不会被设计为支持继承。另一方面，当一个接口本身继承接口时，通常建议虚拟继承；在我的例子中，我可能应该这样做：尽管没有立即出现基类的多个实例，但一旦实现开始从多个组合接口继承，很容易出现这种情况。 - James Kanze

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基于ABC的设计，我是否需要改进其他方面以使其成为一个体面的ABC？

你有几个语法错误。由于某种原因，您不允许在类定义中放置纯虚函数的定义；而且无论如何，您几乎肯定不想在ABC中定义它们。因此，这些声明通常会是：

virtual void MethodOne(int /*i*/) = 0;   // ";" not "{}" - just a declaration

没有必要将析构函数设置为纯虚函数，虽然它应该是虚函数（或者在某些情况下是非虚和受保护的-但最安全的方法是使其为虚函数）。

virtual ~ABC() {}  // no "= 0"

不需要受保护的构造函数 - 它是抽象的事实已经防止了除基类外的实例化。

好的抽象基类是否应该不包含成员变量，而应该将变量保留在子类中?

通常是这样的。这使接口和实现之间保持清晰的分离。

如我在评论中所示，如果ABC必须包含过多的纯函数怎么办？有更好的方法吗？

接口应该尽可能复杂，但不要超出需要。只有当一些函数是不必要的时才会有“太多”函数；在这种情况下，摆脱它们。如果接口看起来太复杂，那么它可能试图做的事情比一个多；在这种情况下，您应该能够将其拆分为较小的接口，每个接口都具有单一的目的。

- Mike Seymour

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首先，为什么我们应该避免在C++中使用多重继承？我从未见过一个大型应用程序不广泛地使用它。从多个接口继承是使用它的好例子。

请注意，Java的“接口”是有缺陷的——一旦您想使用契约式编程，就必须使用抽象类，而它们不允许多重继承。但是，在C++中，这很容易：

class One : boost::noncopyable
{
    virtual void doFunctionOne( int i ) = 0;
public:
    virtual ~One() {}
    void functionOne( int i )
    {
        //  assert pre-conditions...
        doFunctionOne( i );
        //  assert post-conditions...
    }
};

class Two : boost::noncopyable
{
    virtual double doFunctionTwo() = 0;
public:
    virtual ~Two() {}
    double functionTwo()
    {
        //  assert pre-conditions...
        double results = doFunctionTwo();
        //  assert post-conditions...
        return results;
    }
};

class ImplementsOneAndTwo : public One, public Two
{
    virtual void doFunctionOne( int i );
    virtual double doFunctionTwo();
public:
};

或者，您可以拥有一个复合接口：

class OneAndTwo : public One, public Two
{
};

class ImplementsOneAndTwo : public OneAndTwo
{
    virtual void doFunctionOne( int i );
    virtual double doFunctionTwo();
public:
};

并从中继承，选择哪个更有意义。

这是更或多或少的标准用法；在界面中根本不存在任何前置条件或后置条件（通常涉及调用反转）的情况下，虚拟函数可能是公共的，但通常它们将是私有的，以便您可以强制执行前置条件和后置条件。

最后，请注意，在许多情况下（特别是如果类表示值），您将直接实现它，而不是使用界面。与Java不同，您不需要单独的界面来将实现保留在与类定义不同的文件中-这是C ++的默认方式（使用头文件中的类定义，但是实现代码在源文件中）。

- James Kanze

在 One 和 Two 类中，doFunctionOne 和 doFunctionTwo 应该是受保护的或公共的，而不是私有的吗？ - q0987

@q0987 当然不是public。我更喜欢private，一些专家也同意这个选择，但protected也有其优点。 - James Kanze

当您定义一个私有虚函数时，哪个子类可以重写它？ - q0987

@q0987 全部都受影响。private 只影响谁可以调用它，而不是谁可以覆盖它。 - James Kanze

你对Java接口存在缺陷的看法是错误的。嵌套泛型接口用于契约编程，这些接口是类型安全且非常易读的。 - Roman Smirnov

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可以查看英文原文，
原文链接

- user405725 · Accepted Answer

除非必要，否则不要为纯虚方法提供实现。
不要将析构函数设置为纯虚函数。
不要将构造函数设置为受保护的。您无法创建抽象类的实例。
最好将构造函数和析构函数的实现隐藏在源文件中，以免污染其他对象文件。
使您的接口不可复制。

如果这是一个接口，最好不要在其中有任何变量。否则它将成为一个抽象基类而不是接口。

除非您可以使用更少的纯函数，否则太多的纯函数是可以接受的。