抽象類與接口在C++中的實現與應用

一、抽象類的概念與實現

抽象類是指在類中包含純虛函數（沒有實現代碼的函數），其目的是為了讓子類繼承並實現這些函數。抽象類不能被實例化，只能作為基類供子類繼承。

一個簡單的抽象類示例代碼如下：

class Shape {
public:
    virtual double getArea() = 0; // 純虛函數，需要子類實現
    virtual double getPerimeter() = 0; // 同上
};

上面的代碼定義了一個抽象類Shape，其中包含兩個純虛函數getArea和getPerimeter。由於這兩個函數沒有實現代碼，所以Shape類不能被實例化。具體實現需要在子類中完成。

二、抽象類的應用

1.實現多態

抽象類是多態的基礎，在抽象類中定義的純虛函數可以在子類中被重寫，從而實現多態。具體示例代碼如下：

class Circle : public Shape {
public:
    Circle(double r): radius(r){}
    double getArea() {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
    double getPerimeter() {
        return 3.14 * radius * 2;
    }
private:
    double radius;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    Rectangle(double l, double w): length(l), width(w){}
    double getArea() {
        return length * width;
    }
    double getPerimeter() {
        return (length + width) * 2;
    }
private:
    double length;
    double width;
};

void printShape(Shape* s) { // 定義一個函數，以Shape類型指針為參數
    cout << "Area: " <getArea() << endl;
    cout << "Perimeter: " <getPerimeter() << endl;
}

上面的代碼實現了兩個子類Circle和Rectangle，它們都繼承了Shape抽象類並實現了其中的純虛函數getArea和getPerimeter。通過傳入Shape指針，可以調用printShape函數，打印出不同的子類實例的面積和周長。

2.防止重複代碼

抽象類可以作為公共代碼的集合，避免在多個類中重複編寫相同的代碼。例如，在網上商城中，電子產品、家電、食品等商品都需要添加到購物車中，而且每種商品的添加方法都是類似的。這時，可以定義一個抽象類Product，其中包含添加到購物車的方法，然後讓所有的商品類都繼承自Product，避免重複編碼。

三、接口的概念與實現

接口是純抽象類，其中只包含純虛函數，而且這些函數不包含任何實現代碼。接口主要用於描述類的功能行為（what）而非其實現方式（how）。

一個簡單的接口示例代碼如下：

class IShape {
public:
    virtual double getArea() const = 0;
    virtual double getPerimeter() const = 0;
};

上面的代碼定義了一個接口IShape，同樣包含兩個純虛函數getArea和getPerimeter。與抽象類的區別在於，接口的函數全部是純虛函數。

四、接口的應用

1.實現多態

接口同樣可以實現多態，具體實現方式與抽象類類似。示例代碼如下：

class Circle : public IShape {
public:
    Circle(double r): radius(r){}
    double getArea() const {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
    double getPerimeter() const {
        return 3.14 * radius * 2;
    }
private:
    double radius;
};

class Rectangle : public IShape {
public:
    Rectangle(double l, double w): length(l), width(w){}
    double getArea() const {
        return length * width;
    }
    double getPerimeter() const {
        return (length + width) * 2;
    }
private:
    double length;
    double width;
};

void printIShape(const IShape& shape) {
    cout << "Area: " << shape.getArea() << endl;
    cout << "Perimeter: " << shape.getPerimeter() << endl;
} 

上面的代碼中，兩個子類Circle和Rectangle都繼承自IShape接口，並實現了其中的純虛函數。通過傳入IShape對象，可以調用printIShape函數，打印出不同的子類實例的面積和周長。

2.定義規範

接口可以定義規範，規定了函數的命名、返回值、參數等信息，使得項目組成員可以在遵守規範的前提下實現自己的代碼。在軟件工程中，定義規範是非常重要的，有利於代碼維護和後期開發。

總結

抽象類和接口都是C++中實現多態的重要方式，具備了很強的擴展性和靈活性。合理運用抽象類和接口可以避免代碼冗餘和提高代碼的可維護性。