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C++ 抽象怎么用？C++抽象类和接口实现方法有哪些？

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文章导读
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📋 目录
  1. 壹 访问标签强制执行抽象
  2. 贰 数据抽象的好处
  3. 叁 数据抽象示例
  4. 肆 设计策略
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C++ 中的数据抽象

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数据抽象是指仅向外部世界提供必要信息并隐藏其背景细节，即在程序中表示所需信息而不呈现细节。

数据抽象是一种编程（和设计）技术，它依赖于接口与实现的分离。

让我们举一个现实生活中的例子：电视机，你可以打开和关闭它、切换频道、调节音量，并添加外部组件如扬声器、VCR 和 DVD 播放器，但你不知道其内部细节，即你不知道它如何通过空中或电缆接收信号、如何解码这些信号，并最终在屏幕上显示它们。

因此，我们可以说电视机清楚地将内部实现与其外部接口分离，你可以操作其接口如电源按钮、频道切换器和音量控制，而无需了解其内部实现。

在 C++ 中，class 提供了高度的 data abstraction。它们向外部世界提供足够的 public 方法来使用对象的功能并操作对象数据，即状态，而无需实际了解 class 的内部实现方式。

例如，你的程序可以调用 sort() function，而无需知道该 function 实际使用什么算法来排序给定的值。事实上，排序功能的底层实现可能在库的发布版本之间发生变化，只要接口保持不变，你的 function 调用仍然有效。

在 C++ 中，我们使用 classes 来定义自己的抽象数据类型 (ADT)。你可以使用 ostream class 的 cout 对象将数据流式传输到标准输出，如下所示 −

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   cout << "Hello C++" <<endl;
   return 0;
}

在这里，你无需了解 cout 如何在用户屏幕上显示文本。你只需知道 public 接口，而 cout 的底层实现可以自由更改。

访问标签强制执行抽象

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

  • 使用 public 标签定义的成员对程序的所有部分都可访问。该类型的 data-abstraction 视图由其 public 成员定义。

  • 使用 private 标签定义的成员对使用该 class 的代码不可访问。private 部分将实现隐藏起来，不让使用该类型的代码访问。

对访问标签出现的频率没有限制。每个访问标签指定后续成员定义的访问级别。指定的访问级别一直有效，直到遇到下一个访问标签或 class 体的右大括号。

数据抽象的好处

数据抽象提供了两个重要优势 −

  • class 内部免受用户级意外错误的影响，这些错误可能破坏对象的状态。

  • class 实现可以随着需求变化或 bug 报告而随时间演进，而无需更改用户级代码。

通过仅在 class 的 private 部分定义数据成员，class 作者可以自由更改数据。如果实现发生变化，只需检查 class 代码即可了解更改可能带来的影响。如果数据是 public 的，那么任何直接访问旧表示形式数据成员的 function 都可能被破坏。

数据抽象示例

任何在 C++ 程序中实现具有 public 和 private 成员的 class 的例子，都是数据抽象的示例。请考虑以下示例 −

#include <iostream>
using namespace std;

class Adder {
   public:
      // 构造函数
      Adder(int i = 0) {
         total = i;
      }
      
      // 对外界接口
      void addNum(int number) {
         total += number;
      }
      
      // 对外界接口
      int getTotal() {
         return total;
      };
      
   private:
      // 对外界隐藏的数据
      int total;
};

int main() {
   Adder a;
   
   a.addNum(10);
   a.addNum(20);
   a.addNum(30);

   cout << "Total " << a.getTotal() <<endl;
   return 0;
}

当上述代码编译并执行时，会产生以下结果 −

Total 60

上述 class 将数字相加并返回总和。public 成员 - addNum 和 getTotal 是对外界的接口，用户需要了解它们才能使用该 class。私有的成员 total 是用户不需要知道的，但 class 正常运行所必需的。

设计策略

抽象将代码分离为接口和实现。因此，在设计组件时，必须保持接口独立于实现，这样如果更改底层实现，接口仍将保持不变。

在这种情况下，使用这些接口的任何程序都不会受到影响，只需使用最新的实现重新编译即可。