【QT/C++】實例理解類間的六大關系之實現關系（Realization）

在前面章節講完了實例理解類間的六大關系之泛化關系，效果不錯，獲得粉絲的一致好評！！！
接下來，本文我將繼續嘗試分享并總結關于實例理解類間的六大關系之實現關系，同樣使用實際案例來進一步理解實現關系，以便應對未來的考試或面試！

提示：在前面章節一文完美概括UML類圖及其符號（超詳細介紹）中已經對實現關系的概念進行了總結。

(關注不迷路哈！！！)

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前言 📊

與繼承關系不同，實現關系強調的是"能做什么"而非"是什么"。
在面向對象編程中，實現關系（Realization）是描述類與接口之間契約履行的重要關系。本文將深入探討實現關系的核心概念、代碼實現及設計原則。

// 基類（抽象） // 接口定義
class Drawable {
public:virtual void draw() = 0;  // 純虛函數virtual ~Drawable() = default;
};// 實現類1
class Circle : public Drawable {
public:void draw() override {cout << "Drawing a circle" << endl;}
};// 實現類2
class Rectangle : public Drawable {
public:void draw() override {cout << "Drawing a rectangle" << endl;}
};// ========== 客戶端調用方式 ==========
// 方式1：通過基類指針調用
void drawWithPointer(Drawable* shape) {shape->draw();  // 多態調用
}// 方式2：通過基類引用調用
void drawWithReference(Drawable& shape) {shape.draw();    // 多態調用
}// 方式3：通過智能指針管理
void drawWithSmartPointer(unique_ptr<Drawable> shape) {shape->draw();
}

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一、核心概念 🔍

接口定義契約，類實現具體行為（在C++中接口通常由抽象類模擬）

特性	說明
本質	類履行接口契約（"can-do"關系）
設計原則	接口定義行為規范，實現類提供具體邏輯
多態基礎	接口指針/引用可指向實現類對象
UML類圖表示	實現類 ----? 接口（虛線 + 空心三角箭頭）
代碼關鍵字	C++中使用純虛類模擬接口

? 關鍵要點：

• 接口類所有函數 = 純虛函數
• 接口類僅定義行為，不包含數據成員
• 體現面向接口編程----->依賴倒置原則 (DIP)
• 接口與實現分離，提高了系統的可擴展性和可維護性

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二、接口與抽象類對比 🔒

對比維度	接口	抽象類
成員類型	僅純虛函數+虛析構函數	可包含數據成員和非純虛函數
設計目的	定義純粹行為契約	提供部分實現+強制接口
多重繼承	安全（無數據成員沖突）	需謹慎（可能菱形繼承問題）
實例化	不能直接實例化	不能直接實例化

📝 關鍵區別：接口 強調"能做什么"，抽象類 關注"如何共享部分實現"。

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三、代碼示例與多態實現 ??

1. 代碼實現邏輯

2. 完整代碼展示

#include <iostream>
using namespace std;// 接口定義（抽象基類）
class Serializable {
public:// 純虛函數：定義數據序列化的接口規范// const修飾表示不會修改對象狀態// =0 表示純虛函數，必須由派生類實現virtual string serialize() const = 0;// 虛析構函數：確保派生類對象能正確釋放資源// default表示使用編譯器生成的默認實現// 確保通過基類指針刪除派生類對象時能正確調用派生類的析構函數virtual ~Serializable() = default;
};// JSON格式實現類
class JSONData : public Serializable {
public:// override顯式聲明重寫基類虛函數（C++11特性）// 如果簽名不匹配，編譯器會報錯string serialize() const override {return "{ \"data\": \"JSON format\" }";}
};// XML格式實現類
class XMLData : public Serializable {
public:string serialize() const override {return "<data>XML format</data>";}
};// 多態處理器函數
// 參數使用基類引用，可以接受任何派生類對象
// 多態調用：根據實際對象類型調用對應的serialize()實現
void processData(const Serializable& obj) {cout << obj.serialize() << endl;
}int main() {// 創建具體實現類的對象  // 棧上創建對象（自動管理生命周期）JSONData json;  // JSON格式數據對象XMLData xml;    // XML格式數據對象// 也可以用指針：Serializable* p = new JSONData();// 多態處理JSON數據 // 但實際調用的是JSONData::serialize()processData(json);  // 輸出: { "data": "JSON format" }// 多態處理XML數據 // 實際調用的是XMLData::serialize()processData(xml);   // 輸出: <data>XML format</data>return 0;
}

3. 設計模式解析

這段示例代碼體現了：

1. 策略模式：不同的序列化算法（JSON/XML）可以互相替換
2. 開閉原則：新增序列化格式（如YAML）無需修改現有代碼
3. 依賴倒置原則(DIP)：高層模塊processData依賴抽象接口Serializable

策略模式原理說明：

4. 代碼實現框架

5. 代碼交互流程

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四、實現關系的優缺點與最佳實踐 💎

維度	優點	缺點	最佳實踐
解耦	接口與實現分離，降低耦合度	接口變更影響所有實現類	接口單一職責
擴展性	新增實現類不影響現有代碼	虛函數調用有性能開銷	優先使用值語義而非繼承
測試	便于Mock接口進行單元測試	接口文檔要求高	為接口編寫完整文檔

實現關系應遵循接口隔離原則 （ISP）：客戶端不應依賴它不需要的接口

💡 QT中的實際應用：

// QWidget的子類實現paintEvent接口
class MyWidget : public QWidget {
protected:void paintEvent(QPaintEvent*) override {QPainter painter(this);painter.drawText(rect(), "Hello QT");}
};

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五、面試常見問題及回答 🚀

1. 問：接口與抽象類的區別？?

• 接口：
  1. 僅包含純虛函數
  2. 定義行為契約
  3. 支持多重實現
• 抽象類：
  1. 可包含實現代碼
  2. 定義部分共性實現
  3. 單繼承為主

2. 問：如何設計可擴展的插件系統？?

• 定義插件接口：可考慮使用 QVector 管理插件

  class PluginInterface { // 定義插件接口
  public:virtual void execute() = 0;virtual ~PluginInterface() = default;
  };class MyPlugin : public PluginInterface {
  public:void execute() override {cout << "Plugin running" << endl;}
  };// 插件管理器
  vector<PluginInterface*> plugins;
  

3. 問：為什么C++沒有原生interface關鍵字？?

• 歷史原因：C++強調零開銷抽象

• 替代方案：使用純虛類

  class MyInterface {
  public:virtual void method() = 0;virtual ~MyInterface() = default;
  };
  

4. 問：如何處理接口版本升級？?

• 策略1：默認實現（C++11）

  class Upgradable {
  public:virtual void oldMethod() {} // 非純虛提供默認實現virtual void newMethod() = 0;
  };
  

• 策略2：接口繼承

  class V1Interface { /*...*/ };
  class V2Interface : public V1Interface { /*...*/ };
  

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總結 🛠?

• 實現關系的本質：通過純虛類定義契約，實現類履行約定
• 設計原則：
  1. 接口應小而專注（ISP原則）
  2. 優先使用組合+接口而非多重繼承
  3. 為接口編寫完備的文檔
• QT中的應用：
  • 事件處理（重寫虛函數）
  • 插件系統（接口多態）
  • 繪制系統（QPaintDevice接口）

通過合理使用實現關系，可以構建松耦合、易擴展的系統架構，特別是在框架設計和模塊化開發中具有重要價值。