1. 数据抽象

数据抽象是指，只向外界提供关键信息，并隐藏其后台的实现细节，即只表现必要的信息而不呈现细节。

数据抽象是一种依赖于接口和实现分离的编程（设计）技术。

让我们举一个现实生活中的真实例子，比如一台电视机，您可以打开和关闭、切换频道、调整音量、添加外部组件（如喇叭、录像机、DVD 播放器），但是您不知道它的内部实现细节，也就是说，您并不知道它是如何通过缆线接收信号，如何转换信号，并最终显示在屏幕上。

因此，我们可以说电视把它的内部实现和外部接口分离开了，您无需知道它的内部实现原理，直接通过它的外部接口（比如电源按钮、遥控器、声量控制器）就可以操控电视。

现在，让我们言归正传，就 C++ 编程而言，C++ 类为数据抽象提供了可能。它们向外界提供了大量用于操作对象数据的公共方法，也就是说，外界实际上并不清楚类的内部实现。

例如，您的程序可以调用 sort() 函数，而不需要知道函数中排序数据所用到的算法。实际上，函数排序的底层实现会因库的版本不同而有所差异，只要接口不变，函数调用就可以照常工作。

在 C++ 中，我们使用类来定义我们自己的抽象数据类型（ADT）。您可以使用类 iostream 的 cout 对象来输出数据到标准输出，如下所示：

在这里，您不需要理解 cout 是如何在用户的屏幕上显示文本。您只需要知道公共接口即可，cout 的底层实现可以自由改变。

访问标签强制抽象

在 C++ 中，我们使用访问标签来定义类的抽象接口。一个类可以包含零个或多个访问标签：

• 使用公共标签定义的成员都可以访问该程序的所有部分。一个类型的数据抽象视图是由它的公共成员来定义的。
• 使用私有标签定义的成员无法访问到使用类的代码。私有部分对使用类型的代码隐藏了实现细节。

访问标签出现的频率没有限制。每个访问标签指定了紧随其后的成员定义的访问级别。指定的访问级别会一直有效，直到遇到下一个访问标签或者遇到类主体的关闭右括号为止。

数据抽象的好处

数据抽象有两个重要的优势：

• 类的内部受到保护，不会因无意的用户级错误导致对象状态受损。
• 类实现可能随着时间的推移而发生变化，以便应对不断变化的需求，或者应对那些要求不改变用户级代码的错误报告。

如果只在类的私有部分定义数据成员，编写该类的作者就可以随意更改数据。如果实现发生改变，则只需要检查类的代码，看看这个改变会导致哪些影响。如果数据是公有的，则任何直接访问旧表示形式的数据成员的函数都可能受到影响。

数据抽象的实例

C++ 程序中，任何带有公有和私有成员的类都可以作为数据抽象的实例。请看下面的实例：

设计策略

抽象把代码分离为接口和实现。所以在设计组件时，必须保持接口独立于实现，这样，如果改变底层实现，接口也将保持不变。

在这种情况下，不管任何程序使用接口，接口都不会受到影响，只需要将最新的实现重新编译即可。

2. 接口与抽象类

接口描述了类的行为和功能，而不需要完成类的特定实现。

C++ 接口是使用抽象类来实现的，抽象类与数据抽象互不混淆，数据抽象是一个把实现细节与相关的数据分离开的概念。

如果类中至少有一个函数被声明为纯虚函数，则这个类就是抽象类。纯虚函数是通过在声明中使用 "= 0" 来指定的，如下所示：

class Box
{
   public:
      // 纯虚函数
      virtual double getVolume() = 0;
   private:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
};

设计抽象类（通常称为 ABC）的目的，是为了给其他类提供一个可以继承的适当的基类。抽象类不能被用于实例化对象，它只能作为接口使用。如果试图实例化一个抽象类的对象，会导致编译错误。

因此，如果一个 ABC 的子类需要被实例化，则必须实现每个虚函数，这也意味着 C++ 支持使用 ABC 声明接口。如果没有在派生类中重写纯虚函数，就尝试实例化该类的对象，会导致编译错误。

可用于实例化对象的类被称为具体类。

抽象类只能作为父类被继承，且子类必须实现存续函数，实现后的函数在子类中是虚函数。抽象类不能定义对象，但是抽象类可以定义指针。

C++中接口设计满足如下几个基本条件：

（1）类中没有定义任何的成员变量

（2）所有成员函数都是共有的

（3）所有成员函数都是纯虚函数

（4）接口是一种特殊的抽象类

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Channel
{
public:
    virtual bool open() = 0;
    virtual void close() = 0;
    virtual bool send(char* buf, int len) = 0;
    virtual int receive(char* buf, int len) = 0;
};

int main()
{
    return 0;
}

设计策略

面向对象的系统可能会使用一个抽象基类为所有的外部应用程序提供一个适当的、通用的、标准化的接口。然后，派生类通过继承抽象基类，就把所有类似的操作都继承下来。

外部应用程序提供的功能（即公有函数）在抽象基类中是以纯虚函数的形式存在的。这些纯虚函数在相应的派生类中被实现。

这个架构也使得新的应用程序可以很容易地被添加到系统中，即使是在系统被定义之后依然可以如此。

3. C++对外提供库

使用C++开发语言开发程序，C++分装成的类库文件通过接口方式直接对外提供对应的接口调用方式。首先定义接口类，实现类继承接口实现接口函数，最终外部直接使用接口来对模块或者库进行操作，而不会对内部代码有复杂的更改。

class interface
{
    public:
        static interface *create();
        virtual int add(int a, int b) = 0;
};

#include <interface.h>

class interfaceimpl : public interface
{
    public:
        int add(int a, int b)
        {
            return a+ b;
        }
};

interface* interface::create()
{
    return new interfaceimpl;        // C++11可以使用只能指针方式来实现
}

#include <stdio.h>
#include <interface.h>

int main()
{
    interface *in = interface::create();
    int c = in->add(2, 3);
    printf("c : %d\n", c);

    return 0;
}

提供C++语言形式的头文件时，我们不希望暴露太多的细节，因此，一般定义一个抽象接口，然后把这个接口头文件提供出去。

这个抽象接口还必须有一个静态的工厂函数，而这个工厂函数的具体实现也是在库里面实现。 通过这个工厂函数就可以将真正的

类对象创建出来，这个类对象是继承并实现了接口类的。

抽象类的介绍

抽象类是一种特殊的类，它是为了抽象和设计的目的为建立的，它处于继承层次结构的较上层。

• （1）抽象类的定义：称带有纯虚函数的类为抽象类。

• （2）抽象类的作用：抽象类的主要作用是将有关的操作作为结果接口组织在一个继承层次结构中，由它来为派生类提供一个公共的根，派生类将具体实现在其基类中作为接口的操作。所以派生类实际上刻画了一组子类的操作接口的通用语义，这些语义也传给子类，子类可以具体实现这些语义，也可以再将这些语义传给自己的子类。

• （3）使用抽象类时注意：a、抽象类只能作为基类来使用，其纯虚函数的实现由派生类给出。如果派生类中没有重新定义纯虚函数，而只是继承基类的纯虚函数，则这个派生类仍然还是一个抽象类。如果派生类中给出了基类纯虚函数的实现，则该派生类就不再是抽象类了，它是一个可以建立对象的具体的类。b、抽象类是不能定义对象的。

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总结：

• 1、纯虚函数声明如下： virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义，纯虚函数用来规范派生类的行为，即接口。包含纯虚函数的类是抽象类，抽象类不能定义实例，但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。

• 2、虚函数声明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter); 虚函数必须实现，如果不实现，编译器将报错，错误提示为：

  error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)"

• 3、对于虚函数来说，父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。

• 4、实现了纯虚函数的子类，该纯虚函数在子类中就编程了虚函数，子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数，由多态方式调用的时候动态绑定。

• 5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。

• 6、在有动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要是纯虚的。

• 7、友元不是成员函数，只有成员函数才可以是虚拟的，因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。

• 8、析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

有纯虚函数的类是抽象类，不能生成对象，只能派生。他派生的类的纯虚函数没有被改写，那么，它的派生类还是个抽象类。

定义纯虚函数就是为了让基类不可实例化化

因为实例化这样的抽象数据结构本身并没有意义。

或者给出实现也没有意义

实际上我个人认为纯虚函数的引入，是出于两个目的

• 1、为了安全，因为避免任何需要明确但是因为不小心而导致的未知的结果，提醒子类去做应做的实现。

• 2、为了效率，不是程序执行的效率，而是为了编码的效率。