【C++】C++面向对象设计的核心思想之一: 接口抽象、解耦和可扩展性

1. 什么是虚函数?

虚函数(virtual)是C++里实现"多态"的关键机制。

  • 在基类中声明虚函数,在子类中可以**覆盖(override)**它们。
  • 通过基类指针/引用操作时,自动调用实际对象(子类)的实现

例如:

cpp 复制代码
class TComProtocolBase {
public:
    virtual bool SetParam(int addr, int value) = 0; // 纯虚函数
    virtual void StartMonitor() = 0;
    // ...
};
  • 这是一个抽象接口/基类(不能直接new出来,只能当指针/引用用)。
  • 子类继承时必须实现这些函数。

2. 这样设计有什么用?

(1)面向接口编程,解耦各层逻辑

  • 上层代码可以依赖TComProtocolBase接口,而不关心具体用的哪个协议(比如Modbus、CAN、自定义协议等)。
  • 后续可以新增不同的协议实现,只需要继承基类,不用改动上层代码

(2)多协议/多硬件扩展容易

  • 比如设备A用Modbus,设备B用自定义协议,设备C用CAN。
  • 只要写不同的子类,分别实现这些虚函数,上层只用一套调用方式,大大增强可维护性和可移植性。

(3)便于单元测试和Mock

  • 写测试时,可以很方便写一个FakeProtocol继承基类做"假装通信",不用真连硬件。

(4)团队分工更明确

  • 通信协议开发和业务开发可以分开,彼此只需遵守接口约定,降低沟通成本。

3. 举个例子:

cpp 复制代码
// 基类:通信协议的"接口标准"
class TComProtocolBase {
public:
    virtual bool SetParam(int addr, int value) = 0;
    virtual void StartMonitor() = 0;
    // ... 还有其它命令接口
};

// 子类1:实际实现一种协议
class TComProtocolV1 : public TComProtocolBase {
public:
    bool SetParam(int addr, int value) override {
        // 协议1的实现
    }
    void StartMonitor() override { /* ... */ }
};

// 子类2:实现另一种协议
class TComProtocolV2 : public TComProtocolBase {
public:
    bool SetParam(int addr, int value) override {
        // 协议2的实现
    }
    void StartMonitor() override { /* ... */ }
};

使用时:

cpp 复制代码
TComProtocolBase* protocol = new TComProtocolV1();
protocol->SetParam(0x100, 42);  // 实际调用的是V1的实现

delete protocol;

后续切换成V2协议实现,只需替换new对象的类型即可,调用方式不用变。


4. 为什么不是直接写死?

  • 如果直接写死协议细节,后续想支持多协议、多硬件,需要全改一遍业务层,非常痛苦。
  • 用虚函数(接口/抽象基类),可以让业务层面向抽象而不是实现,极大增强代码的灵活性。

5. 这也是现代C++、C#、Java等主流语言面向对象的精髓

  • "编程面向接口,而不是面向实现"
  • 易于扩展,易于维护,支持插件化和多协议共存。

小结

"基类定义虚函数接口,子类实现具体协议,业务层只需依赖接口即可;后续新增/切换协议无需大改动,维护和扩展都很方便。"

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