C++ Concept 和Java 接口

C++ Concept 和Java 接口

Concept及接口

我会用Java写个case来解释什么是C++的Concept。Concept可以理解为接口，它是一种广义的接口。不同于Java的Interface，通俗地讲，Java的Interface匹配于C++的纯虚类，但Concept这种接口更广泛一些——任何符合该Concept要求的类型都属于该Concept.事实上，我认为Java也有能力实现Concept的.

我们姑且称Concept为广义的，Interface是狭义的，你会看到这么称呼是有道理的。

狭义的 Printer接口

C++版的Printer接口:

class Printer
{
public:
    virtual void print() = 0;
    virtual ~Printer() = 0;
};

Java版的Printer接口:

interface Printer{
	public void print();
}

这时一定有人跳出来说，不对，它们不一样。

是的，它们(C++纯虚类和Java interface)略有不同，但C++纯虚类和 Java abstract class也不一样。事实上：

• C++纯虚类对应于Java interface
  • 你必须手动声明C++纯虚类的虚析构函数，否则在delete指向派生类的基类指针时不能够析构基类，事实上，纯虚类的析构函数也被声明为纯虚函数，如果你只派生一次，你忘记声明析构函数为虚函数也没关系，因为纯虚析构函数啥也不干——但这不是个Best Practice，因为谁也不敢保证纯虚类只派生一次而没有被多层继承；Java没有析构函数的概念。这点是不同的。
  • C++纯虚类有构造函数，而Java interface没有构造函数。
  • C++纯虚类可以有成员变量(不推荐)，而Java interface不可以有。
• C++虚类对应于Java抽象类
  • 如上(虚)析构函数的区别。
  • C++可以多重继承，Java抽象类只能被单继承。

上述思想可以说是面向对象语言的基础，无论C++、Java还是C#、python，只要是面向对象编程范式的语言，他们都有 运行时多态 这种功能。

为何分道扬镳?

事实上，C++并没有纯虚类这个概念，只有一个abstract class的概念，它包含纯虚类。在此 定义C++的纯虚类为只包含纯虚函数的类(除去默认生成的构造函数)。

如你所见，在面向对象设计的时候，两种语言选择了不同的路。Java晚于C++出现，它吸取了C++的设计经验，抽象出一个类似纯虚类的概念即接口，用以描述一组类似的功能实现。Java是基于如下考虑才做这种设计的:

Java通过提出接口的概念、规定只许单继承，规避多重继承的复杂。多重继承的复杂是 C++主流思想不选择设计 类似Java标准库的这种 面向对象编程范式的库的重要原因。我们知道C++是个多范式语言，目前的主流是使用基于模板编程的范式设计标准库。

设想一情形:A、B、C是三个提供不同功能的纯虚类(接口)，而类ab实现了A、B的功能，类bc实现了B、C的功能，现在有需求说要设计一个具有A、B、C功能的类，你可以:

• 1、选择abc继承自ab、bc,重现实现B
• 2、选择abc实现A、B、C接口

我不敢说哪一种是对错，无疑第二种方法更清晰明了，虽然要啰嗦一些。而如果你用的Java,你没有第一种方式可以选择。——当然，实际工作中你遇到的情形不可能这么傻，实际情况要复杂得多:ab和bc的B功能实现很可能不一样，而abc需要的B功能实现可能是ab或bc中的一种、或者完全是另一种B的实现，因此从软件工程的角度来说，你必须选择第二种实现。

广义的 Printer Concept

我们定义一种Printer Concept,所有具有如下要求的类型都属于该Concept:

• 具有参数为空的 default constructor。
• 具有一个参数为空的print成员函数(方法).

下面二者最重要的区别: C++ Concept把错误提前到了编译期，而Java版的Concept错误在运行期。

C++版Printer Concept:

C++的Concept是基于模板范式的 编译期多态 .

#include <iostream>
#include <cstdlib>

class ChinesePrinter
{
public:
    void print()
    {
        std::cout << "你好\n";
    }
};

class EnglishPrinter
{
public:
    void print()
    {
        std::cout << "hello\n";
    }
};

template <typename Printer>
class PrinterUser
{
public:
    void action ( Printer p )
    {
        p.print();
    }
    void action()
    {
        Printer p{};
        p.print();
    }
};

int main()
{
    {
        ChinesePrinter cp{};
        PrinterUser<ChinesePrinter> cpu{};
        cpu.action ();
    }
    {
        EnglishPrinter cp{};
        PrinterUser<EnglishPrinter> epu{};
        epu.action ();
    }
    system("pause");
}

Java版Printer Concept:

虽然我们可以通过实现InvocationHandler接口得到一个更通用的Concept，但无论如何这都是一个玩具。我们先不论这个Concept对于Java有什么意义，但无疑Concept的提出对于C++是十分重要的。

package org.go;

import java.lang.reflect.Method;

public class PrinterUser {
	Class Printer_ = null;
	public PrinterUser(Class Printer) {
		Printer_ = Printer;
	}

	public static void main(String[] args) {
		{
			PrinterUser cpu = new PrinterUser(ChinesePrinter.class);
			cpu.action();
		}
		{
			PrinterUser epu = new PrinterUser(EnglishPrinter.class);
			epu.action();
		}
	}

	public void action() {
		Concept c = new Concept("print");
		c.call(Printer_);
	}
}

class ChinesePrinter {
	public void print() {
		System.out.println("你好");
	}
}

class EnglishPrinter {
	public void print() {
		System.out.println("hello");
	}
}

class Concept {
	private String conceptName_;

	public Concept(String conceptName) {
		conceptName_ = conceptName;
	}

	public void call(Object printConcept) {
		try {
			Method printMethod = printConcept.getClass().getMethod(conceptName_, null);
			printMethod.invoke(printConcept, null);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public void call(Class clz) {
		try {
			Method printMethod = clz.getMethod(conceptName_, null);
			printMethod.invoke(clz.newInstance(), null);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

狭义的 接口实现 与广义的Concept对比

假如我们还有这样一个接口：

C++：

class Screen
{
public:
    virtual void print() = 0;
    virtual ~Screen() = 0;
};

Java：

interface Screen{
	public void print();
}

无论是Java还是C++，上述的Screen和Printer接口(纯虚类) 都符合 我们提出的Printer Concept。Concept是更高的一层抽象。是的没有错：类型是一类数据结构的抽象，接口是类型的抽象，Concept是接口的抽象。由此可见，interface对Java有多重要，Concept对C++就有多重要——或者说，接口对于编程有多么重要，Concept对C++就有多重要。