『C/C++』一个用C/C++分别实现接口与实现相分离的设计原则的例子

原文链接：一个用C/C++分别实现接口与实现相分离的设计原则的例子

良好的设计应该只暴露接口给用户，所有的实现细节对用户来说应该是隐藏的，也就是说用户只要给接口传递相应的参数就行了，不需要管内部是如何实现的，比如我们使用fopen，fseek，CreateWindow等函数会发现很好用，而不需要管fopen，fseek，CreateWindow函数内部代码是如何实现的，数据结构是如何组织的，也就是说绝对不能暴露任何的细节给用户，包括数据组织在内。

我现在用C和C++举一个例子，来说说C/C++分别是如何实现的，然后来看看哪种实现更好。

先来看C++用类实现的封装：

--------------------------- interface1.h ---------------------------

#ifndef INTERFACE1_H
#define INTERFACE1_H

class DATA
{
private:
int _i;
short _j;

public:
DATA();
~DATA();

void set(int i, short j);
void get(int* i, short* j);
};

#endif

--------------------------- interface1.cpp ---------------------------

#include "interface1.h"

DATA::DATA()
{
_i = _j = 0;
}

DATA::~DATA()
{
_i = _j = 0;
}

void DATA::set(int i, short j)
{
_i = i;
_j = j;
}

void DATA::get(int* i, short* j)
{
*i = _i;
*j = _j;
}

--------------------------- test.cpp ---------------------------

#include <stdio.h>
#include "interface1.h"

int main()
{
DATA data;
int i;
short j;

data.set(2, 3);
data.get(&i, &j);

printf("i = %d, j = %d\n", i, j);

return 0;
}

再来看 C 如何巧妙的封装以及隐藏实现细节：

--------------------------- interface.h ---------------------------

#ifndef INTERFACE_H
#define INTERFACE_H

void* data_create();
void data_set(void* dummy, int i, short j);
void data_get(void* dummy, int* i, short * j);
void data_destroy(void* dummy);

#endif

--------------------------- interface.c ---------------------------

#include <stdlib.h>

struct DATA
{
int i;
short j;
};

void* data_create()
{
return malloc(sizeof(struct DATA));
}

void data_set(void* dummy, int i, short j)
{
struct DATA* data = dummy;

data->i = i;
data->j = j;
}

void data_get(void* dummy, int* i, short * j)
{
struct DATA* data = dummy;

*i = data->i;
*j = data->j;
}

void data_destroy(void* dummy)
{
free(dummy);
}

--------------------------- test.c ---------------------------

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

int main()
{
int i;
short j;

void* data = data_create();

data_set(data, 2, 3);

data_get(data, &i, &j);
printf("i = %d, j = %d\n", i, j);

data_destroy(data);

return 0;
}

可以看的出来，C的实现只暴露了接口给用户，内部的实现细节都隐藏了起来，可是C++用类实现反而在头文件暴露了实现细节。

当然用C++也可以做到只暴露接口给用户，不过实现起来会比较复杂，而且需要消耗更多的内存（使用了虚函数）。

-------------------------------------- parent.h --------------------------------------

#ifndef PARENT_H
#define PARENT_H

class PARENT
{
public:
virtual void set(int i, short j) = 0;
virtual void get(int* i, short* j) = 0;
};

PARENT* get_child();

#endif

-------------------------------------- parent.cpp --------------------------------------

#include "parent.h"
#include "child.h"

PARENT* get_child()
{
return new CHILD;
}

-------------------------------------- child.h --------------------------------------

#ifndef CHILD_H
#define CHILD_H

#include "parent.h"

class CHILD : public PARENT
{
private:
int _i;
short _j;

public:
CHILD();
~CHILD();

void set(int i, short j);
void get(int* i, short* j);
};

#endif

-------------------------------------- child.cpp --------------------------------------

#include "child.h"

CHILD::CHILD()
{
_i = _j = 0;
}

CHILD::~CHILD()
{
_i = _j = 0;
}

void CHILD::set(int i, short j)
{
_i = i;
_j = j;
}

void CHILD::get(int* i, short* j)
{
*i = _i;
*j = _j;
}

-------------------------------------- test.cpp --------------------------------------

#include <stdio.h>
#include "parent.h"

int main()
{
int i;
short j;

PARENT* parent = get_child();

parent->set(2, 3);
parent->get(&i, &j);

printf("i = %d, j = %d\n", i, j);

return 0;
}

另外：

关注这个帖子：http://bbs.csdn.net/topics/310212385，摘录几句，当思考下：

我们知道，类有接口（成员函数），有数据、状态变量等，这些都有实现代码。由于接口是要向外公开的，而实现是需要隐藏的（用户不需要知道），这样才能应对变化。比如接口的实现有变化，或者一个接口有多种可能的实现，我们就可以随意修改这些实现，而不影响用户的使用，因为用户看到的只是对外公开的接口，接口并没有变。

将接口与实现分离的技术：

（1）Interface class：将接口部分实现为abstract base class，在C++中，这个抽象类中含一个virtual析构函数和一组pure virtual函数，实现部分则由派生出来的各个子类来完成。C++/Java/C#中都有现成的abstract类机制，例子就不需要举了。

（2）Handle class：也称为pimpl技术，就是把隶属对象的数据（即实现）从原对象中抽离出来，封装成一个独立的impl对象，在原对象中用一个指针成员指向它，一般使用智能指针。举一个例子，按钮组件通常都有一个背景图像作为数据，通常这个图像作为组件类的一个成员，为了分离实现，我们把这些数据抽离出来进行独立的封装：

struct PMImpl{ //封装数据对象的
std::tr1::shared_ptr<Image> bgImage; //指向背景图像的智能指针
int imageChanges;  //背景图像更改次数
};

class Button{ //按钮类
private:
Mutex mutex; //互斥锁
std::tr::shared_ptr<PMImpl> pImpl; //指向数据对象的智能指针
public:
void changeBackground(std::istream &imgSrc);
//...
};

void Button::changeBackground(std::istream &imgSrc){
using std::swap;  //使用这个函数进行异常安全编程
Lock m1(&mutex); //加锁，下面成为临界区
std::tr1::shared_ptr<PMImpl> pNew(new PMImpl(*pImpl)); //创建临时的pNew，
//并指向了原有的数据对象（含有背景图像）
pNew->gbImage.reset(new Image(imgSrc)); //根据传进来的图像，更改背景图像
++pNew->imageChanges;  //更改次数加1
swap(pImpl,pNew); //把更改后的数据交换到pImpl中，并且会释放互斥锁mutex，
//从而完成了Button背景图像的更改
}

接口主要是用于模块间的交互，实现就是具体的处理逻辑；如果接口过多的牵扯处理逻辑，代码的重用性会比较差；如果接口和实现分开，新增功能只需要关注具体的实现，不需要改动接口。

公有接口是类的抽象组件，类函数定义是实现细节，把两者分离，具体做法就是类成员函数定义与公有接口分属不同的代码文件。

接口与实现的分离其实你一直在使用，最直接的例子就是标准库，平时你使用标准库的头文件，这个就是个接口，而标准库被封装在不同的地方，例如静态库，这个就是实现。两者是分离的。

接口和实现分离，模块间的依赖会自然转化为对接口数据类型的依赖