前阵子隔壁组来了个Rust开发的架构师，讨论过如何设计方便易用扩展性高的接口。C++不像Java有接口的概念，但是C++可以实现接口的功能。下面就总结一下实际项目工程中实现C++接口的方法。
接口分为调用接口与回调接口，调用接口主要实现模块解耦的作用，只要保持接口兼容性，模块内部的升级对用户可以做到无感知。良好的接口分层有助于各业务团队高效率开发。
回调接口主要用于系统有异步事件需要通知用户。系统预定义接口形式，并由用户注册，具体调用时机由系统决定。
调用接口
假设有一个网络发送模块类Network，类定义如下：
class Network
{
public：bool send（）;
}
虚函数
最常用的就是虚函数，可以使用虚函数定义Network接口类：
class Network
{
public： virtual bool send（）=0
static Network* New（）;
static void Delete（Network* network_）;
}
将send定义为虚函数，由继承类去实现（比如由PLC模块或者以太模块继承），以静态方法创建子类对象，以基类Network的指针返回给业务使用。资源遵循谁创建谁销毁的原则，基类还提供Delete方法销毁对象。因为对象销毁封装在接口内部，因此Network接口类可以不需要虚析构函数。
代码使用虚函数易读性较高，但是虚函数开销较大（需要使用虚函数表指针间接调用），无法在编译期间内联优化，而事实上调用接口在编译期就能确定使用哪个函数，不需要用到虚函数的动态特性。此外由于虚函数使用虚函数表指针间接调用的原因，增加虚函数会导致函数地址表索引变化，新增接口不能在二进制层面兼容老接口。而且由于用户可能继承了Network接口类，在末尾增加虚函数也有风险，因此虚函数接口一旦发布上线就基本无法修改。
指向实现的指针
可以使用指向实现的指针来定义Network接口类：
class NetworkImpl；
class Network
{
public： bool send（）；
static Network* New（）；
Network（）
~Network（）；
private： NetworkImpl* impl；
}
Network的具体实现由NetworkImpl完成，通过使用指向实现的指针的方式来定义接口，接口类对象的创建和销毁可以由用户负责，更好的管理对象生命周期。
此外该方法通用性强，新增接口不会影响二进制兼容性，有利于项目快速迭代。
但是该方法还是增加了一层调用，对性能还是略微有影响，不符合C++的零开销原则。
隐藏的子类
隐藏的子类思想很简单，接口要实现的目标就是解耦，主要就是隐藏实现，也就是隐藏接口类的成员变量。如果能将接口类的成员变量都转移到另一个隐藏类中，那么接口类就不需要任何成员变量，那么就达到了隐藏实现的目的。具体实现方法如下：
class Network
{
public： bool send（）；
static Network* New（）；
static void Delete（Network* network_）；
protected： Network（）;
~ Network（）;
}
Network接口类只有成员函数，没有成员变量。提供静态方法New创建对象，Delete方法销毁对象。New方法的实现中会创建隐藏的子类NetworkImol的对象，并以父类Network指针的形式返回。NetworkImol类中定义了Network类的成员变量，并将Network类声明为friend：
class NetworkImol:public Network
{
friend class Network ;
private：
// 定义Network类的成员变量
}
Network类的实现中创建NetworkImol子类对象，并以父类指针形式返回，通过将this强制转换为子类NetworkImol类型的指针来访问成员变量：
bool Network：：send（）
{
NetworkImpl* impl = （NetworkImpl*）this;
//通过impl访问成员变量，实现Network的功能
}
static Network* New（）
{
return new NetworkImpl（）;
}
static Delete（Network* network）
{
delete （NetworkImpl*）network;
}
该方法符合C++零开销原则，且同样符合二进制兼容性。
Rust语言中有一种Trait功能，可以在类外面实现一个Trait（不需要修改类代码），那么C++同样可以参考实现Trait功能假设需要在Network类中实现发送序列化数据，重新设计Network接口，Serializable类定义如下：
class Serializable
{
public： virtual void serialize（）const =0；
};
Network类定义如下：
class Network
{
public： bool send（const char* host， uint16_t port，constSerializable& buf）；
}
Serializable接口类似于Rust中的Trait，现在任何实现了Serializable接口类的对象都可以通过调用Network类接口完成数据发送功能。那么问题来了，加入项目迭代需要增加通过Network类发送int型数据，如何在不修改类定义的同时实现Serializable接口呢？很简单：
class IntSerializable ：public Serializable
{
public：
IntSerializable（const int i）：
intthis（i）{}
virtual void serialize（） const override
{
buffer += std：：to_string（*intthis）;
}
private：
const int* const intthis;
};
之后就可以通过Network发送int型数据了：
Network* network = Network：：New（）;
int i=1;
network-》send（ip，port， IntSerializable（i））;
非侵入式接口将类和接口区分开来，类中的数据只包含成员变量，不包含虚函数表指针，因此类不会因为实现了n个接口而引入n个虚函数表指针。而接口中只包含虚函数表指针，不包含数据成员，类和接口之间通过实现类进行类型转换，类只有在充当接口使用的时候才会引入虚函数表指针，不充当接口的时候不会引入，符合C++零开销原则。
Rust编译器通过impl关键字记录了每个类实现了哪些Trait，因此在赋值时编译器可以自动完成将对象转换为对应的Trait类型。而g++等C++编译器并没有记录这些转换信息，因此需要手动转换类型。本质上还是通过代码帮编译器记录每个接口类实现了哪些Trait，使用模板类的继承，在编译期实现类似“静态多态”的功能。
前阵子隔壁组来了个Rust开发的架构师，讨论过如何设计方便易用扩展性高的接口。C++不像Java有接口的概念，但是C++可以实现接口的功能。下面就总结一下实际项目工程中实现C++接口的方法。
接口分为调用接口与回调接口，调用接口主要实现模块解耦的作用，只要保持接口兼容性，模块内部的升级对用户可以做到无感知。良好的接口分层有助于各业务团队高效率开发。
回调接口主要用于系统有异步事件需要通知用户。系统预定义接口形式，并由用户注册，具体调用时机由系统决定。
调用接口
假设有一个网络发送模块类Network，类定义如下：
class Network
{
public：bool send（）;
}
虚函数
最常用的就是虚函数，可以使用虚函数定义Network接口类：
class Network
{
public： virtual bool send（）=0
static Network* New（）;
static void Delete（Network* network_）;
}
将send定义为虚函数，由继承类去实现（比如由PLC模块或者以太模块继承），以静态方法创建子类对象，以基类Network的指针返回给业务使用。资源遵循谁创建谁销毁的原则，基类还提供Delete方法销毁对象。因为对象销毁封装在接口内部，因此Network接口类可以不需要虚析构函数。
代码使用虚函数易读性较高，但是虚函数开销较大（需要使用虚函数表指针间接调用），无法在编译期间内联优化，而事实上调用接口在编译期就能确定使用哪个函数，不需要用到虚函数的动态特性。此外由于虚函数使用虚函数表指针间接调用的原因，增加虚函数会导致函数地址表索引变化，新增接口不能在二进制层面兼容老接口。而且由于用户可能继承了Network接口类，在末尾增加虚函数也有风险，因此虚函数接口一旦发布上线就基本无法修改。
指向实现的指针
可以使用指向实现的指针来定义Network接口类：
class NetworkImpl；
class Network
{
public： bool send（）；
static Network* New（）；
Network（）
~Network（）；
private： NetworkImpl* impl；
}
Network的具体实现由NetworkImpl完成，通过使用指向实现的指针的方式来定义接口，接口类对象的创建和销毁可以由用户负责，更好的管理对象生命周期。
此外该方法通用性强，新增接口不会影响二进制兼容性，有利于项目快速迭代。
但是该方法还是增加了一层调用，对性能还是略微有影响，不符合C++的零开销原则。
隐藏的子类
隐藏的子类思想很简单，接口要实现的目标就是解耦，主要就是隐藏实现，也就是隐藏接口类的成员变量。如果能将接口类的成员变量都转移到另一个隐藏类中，那么接口类就不需要任何成员变量，那么就达到了隐藏实现的目的。具体实现方法如下：
class Network
{
public： bool send（）；
static Network* New（）；
static void Delete（Network* network_）；
protected： Network（）;
~ Network（）;
}
Network接口类只有成员函数，没有成员变量。提供静态方法New创建对象，Delete方法销毁对象。New方法的实现中会创建隐藏的子类NetworkImol的对象，并以父类Network指针的形式返回。NetworkImol类中定义了Network类的成员变量，并将Network类声明为friend：
class NetworkImol:public Network
{
friend class Network ;
private：
// 定义Network类的成员变量
}
Network类的实现中创建NetworkImol子类对象，并以父类指针形式返回，通过将this强制转换为子类NetworkImol类型的指针来访问成员变量：
bool Network：：send（）
{
NetworkImpl* impl = （NetworkImpl*）this;
//通过impl访问成员变量，实现Network的功能
}
static Network* New（）
{
return new NetworkImpl（）;
}
static Delete（Network* network）
{
delete （NetworkImpl*）network;
}
该方法符合C++零开销原则，且同样符合二进制兼容性。
Rust语言中有一种Trait功能，可以在类外面实现一个Trait（不需要修改类代码），那么C++同样可以参考实现Trait功能假设需要在Network类中实现发送序列化数据，重新设计Network接口，Serializable类定义如下：
class Serializable
{
public： virtual void serialize（）const =0；
};
Network类定义如下：
class Network
{
public： bool send（const char* host， uint16_t port，constSerializable& buf）；
}
Serializable接口类似于Rust中的Trait，现在任何实现了Serializable接口类的对象都可以通过调用Network类接口完成数据发送功能。那么问题来了，加入项目迭代需要增加通过Network类发送int型数据，如何在不修改类定义的同时实现Serializable接口呢？很简单：
class IntSerializable ：public Serializable
{
public：
IntSerializable（const int i）：
intthis（i）{}
virtual void serialize（） const override
{
buffer += std：：to_string（*intthis）;
}
private：
const int* const intthis;
};
之后就可以通过Network发送int型数据了：
Network* network = Network：：New（）;
int i=1;
network-》send（ip，port， IntSerializable（i））;
非侵入式接口将类和接口区分开来，类中的数据只包含成员变量，不包含虚函数表指针，因此类不会因为实现了n个接口而引入n个虚函数表指针。而接口中只包含虚函数表指针，不包含数据成员，类和接口之间通过实现类进行类型转换，类只有在充当接口使用的时候才会引入虚函数表指针，不充当接口的时候不会引入，符合C++零开销原则。
Rust编译器通过impl关键字记录了每个类实现了哪些Trait，因此在赋值时编译器可以自动完成将对象转换为对应的Trait类型。而g++等C++编译器并没有记录这些转换信息，因此需要手动转换类型。本质上还是通过代码帮编译器记录每个接口类实现了哪些Trait，使用模板类的继承，在编译期实现类似“静态多态”的功能。
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