接口与实现分离

也许，你听过设计模式里的箴言，要针对接口编程，而不应该针对细节（具体）编程；或者你还听过，要减少代码间的依赖关系；甚至你还知道，修改一个模块时，要保证重新编译的文件依赖要最小化，而重新编译的时间最短化。当你问，How to？大神就会祭出嗯，你应该将接口与实现分离的经文。

我们在使用面向对象语言编程时，或者更宽泛些，设计一个好的接口时，经常会把 接口与实现分离这句话挂在嘴边。只是，真正弄明白这句话的含义怕是比听到这句话晚好几年。因为没有足够的项目经验和知识积累，你很难对这句话有真实的体会。

什么是接口

这个问题有些千人千面，如果你听过万物皆是对象，那么我可以告诉你，万物皆接口，嗯，有点拾人牙慧的意思，在计算机的世界里，你（coder）写的任何一个字符都是接口，它连接着计算机和现实世界；当然，太抽象了，等于没说。我们往大点说，接口就是一组代码和另一组代码的桥梁。再往大点说，接口是一个程序对另一个程序的连接点；继续大点说，接口是一个程序员和另一个程序员沟通的工具。再往大点说，接口就是，嗯，停下来好了。

定义一个好的接口是非常重要的，如果你的接口对象是计算机，你需要写出计算机能识别和良好构建（至少是编译器级别的）的代码；如果你的接口是另一组代码，那你需要做到良好的定义，接口可以是一个函数，一组api，一个类等；如果你的接口对象是程序员，那除了易读的代码本身外，你可能还需要一些说明文档。

本文把接口局限在代码层面，类或者函数层面。

什么是实现

限定了接口的范围，我们说说实现，实现从本质上说就是把承若的类或者函数给coding done了。作为程序员，我们大部分工作都是在实现。

接口和实现分离：

1.为何分离

然我们看一段代码：
假如我们需要实现一个学生类，它有学号、出生日期、寝室号等信息。生日日期我们使用Date类，寝室号我们使用DormNum类。

class Student
{
public:
    Student(const Date& birthDate,const DormNum& bedroomNum,const std::string& name);
    std::string birthDate() const;
    std::string bedroomNum() const;
    std::string name() const;
private:
    Date birthDate_;
    DormNum bedroomIn_;
    std::string name_;
};

为了让这个类能通过编译，我们需要将使用到的类的定义通过include包含进来，就像这样：

#include <string> //包含类string
#include "date.h"//包含类Date
#include "dormNum.h"//包含类DormNum

这样看来，一切都很完美，可是，一旦Date或者DormNum类发生了改变，整个Student类以及调用这个类的相关部分全部需要重新编译，这真不是个好事情，毕竟时间宝贵啊。

因此，我们需要将编译依赖降低，使用接口和实现分离的方式来缩减需要重新编译的代码。

2.如何分离

这个问题其实很大，我这里只能给些思路和建议：

首先，我们主要是担心Date类和DormNum类所在的文件发生改变，那么我们就把这两个类单独拿出来好了。像现在这样:

#include <string>
class Date;
class DormNum;
class Student
{
public:
    Student(const Date& birthDate,const DormNum& bedroomNum,const std::string& name);
    std::string birthDate() const;
    std::string bedroomNum() const;
    std::string name() const;
private:
    Date birthDate_;
    DormNum bedroomIn_;
    std::string name_;

也就是说，将使用的依赖类进行前置声明，避免编译时无法找到对应类的错误，而不用 Student类定义的文件中包含Date和DormNum的头文件。在C++中，前置声明一个类，然后使用这个类类型声明其他数据是可以的，只是，这样做还不够，因为当我们需要调用这个类的某个成员函数，到底还是需要类的成员函数的定义。因此，我们可以准备两个头文件，一个用于安放类的前置声明，比如studentFwd.h ;另一个则是具体的类的定义，就像最开始的date.h,dormNum.h之类的头文件。
比如放前置声明的studentFwd.h

class Date;
class DormNum;

接着，我们开始把实现剥离出来：

1.使用implement

接口定义好了，我们开始实现一个StudentImpl类，所有的Student类的具体工作都将在这个类中完成，

class StudentImpl
{
public:
    StudentImpl(const Date& birthDate,const DormNum& bedroomNum,const std::string& name);
    std::string birthDate() const;
    std::string bedroomNum() const;
    std::string name() const;
private:
    Date birthDate_;
    DormNum bedroomIn_;
    std::string name_;
};

事实上StudetImpl拥有和原Student类完全一样的结构，修改改变的是Student类：

class Date;
class DormNum;

class Student
{
public:
    Student(const Date& birthDate,const DormNum& bedroomNum,const std::string& name)
    :spStuImp(new StudentImpl(birthDate,bedroomNum,name));
    std::string birthDate() const{
        return spStuImp->birthDate();
    }
    std::string bedroomNum() const{
        return spStuImp->bedroomNum();
    }
    std::string name() const{
        return spStuImp->name();
    }
private:
    shared_ptr<StudentImpl> spStuImp;
};

作为接口类Student，将它的具体执行全部调用StudentImpl类去完成，自己则保持对外稳定的接口形式，这是接口与实现分离的雏形。回到编译上，当外界依赖的类改变后，Student类不需要重新编译，唯一需要做的是StudentImpl的重新编译。

2.使用abstract class

不过，我们还可以使用真正意义上的接口类来完成这个目标，在java中有明确的interface声明，尽管C++中并没有该关键字，但是可以在形式上与之保持一致。

class Student
{
public:
    virtual std::string birthDate() const = 0;
    virtual std::string bedroomNum() const = 0;
    virtual std::string name() const = 0;
    virtual ~Student();
};

现在的Student被定义为纯虚类，我们使用一个具体的类来继承它，并在此类中实现具体的接口操作

class RealStudent:public Student
{
public:
    RealStudent(const Date& birthDate,const DormNum& bedroomNum,
                const std::string& name)
                :birthDate_(birthDate),bedroomIn_(bedroomNum),name_(name)
                {}
    virtual ~RealStudent();
    virtual std::string birthDate() const ;
    virtual std::string bedroomNum() const ;
    virtual std::string name() const ;
private:
    Date birthDate_;
    DormNum bedroomIn_;
    std::string name_;  
};

接口使用的时候，我们可以使用Student指针指向具体的子类对象，比如

Student *reStudent = new RealStudent;

或者更为合理的智能指针：

shared_ptr<Student> Student::create(const Date& birthDate,
                    const DormNum& bedroomNum,const std::string& name){
    return shared_prt<Student>(new RealStudent(birthDate,bedroomNum,name));
}

enn,现在已经有点工厂模式的味道了。

接口与实现分离是整个设计模式大厦的最初目标，随着软件技术的不断发展，该理论的局限性也在缩小，该思路配合软件设计的分层理论，构建了现代软件开发的基石。

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