【设计模式】如何用C++实现依赖倒置

一、什么是依赖倒置？

依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）是SOLID面向对象设计原则中的一项。它的核心思想是：

1. 高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象。
2. 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

这个原则的目的在于减少代码耦合性，使代码更具灵活性和扩展性。按照依赖倒置原则，我们让上层的逻辑不直接依赖底层实现，而是通过抽象（接口或抽象类）来控制两者之间的关系。

二、为什么使用依赖倒置？

在没有依赖倒置的设计中，高层模块（如业务逻辑）往往会直接依赖于低层模块（如数据访问、服务调用）。这种依赖会使得高层模块无法独立更改，一旦低层模块发生变动，所有依赖它的高层模块都需要跟着修改，导致代码维护难度和出错率增加。

通过依赖倒置可以实现以下特性：

• 更易于扩展：可以随时替换低层模块的实现而不需要改动高层模块。
• 增强测试性：可以方便地替换低层模块，便于Mock或打桩，提升了代码的可测试性。
• 提高灵活性：可以根据需求切换不同的实现，方便扩展和维护。

三、实现步骤

1. 定义抽象接口（基类）：定义一个抽象类Service.h实现了一个Test纯虚函数，此抽象类不实现任何具体逻辑，仅对外提供接口

   Service.h

   #ifndef DIP_SERVICE
   #define DIP_SERVICE
   
   namespace DIP
   {
       class Service
       {
       public:
           virtual ~Service() = default;
           virtual void Test() = 0;
       };
   }
   
   #endif
   

2. 实现接口的具体类：定义一个实现类ServiceImpl实现构造、析构、Test等函数逻辑。

   ServiceImpl.h

   #ifndef DIP_SERVICEIMPL
   #define DIP_SERVICEIMPL
   #include "Service.h"
   
   namespace DIP
   {
       class ServiceImpl : public Service
       {
       public:
           ServiceImpl(int a);
           ~ServiceImpl() override;
           void Test() override;
       private:
           int m_a;
       };
   }
   
   #endif
   

   ServiceImpl.cpp

   #include "ServiceImpl.h"
   #include <iostream>
   
   using namespace DIP;
   
   ServiceImpl::ServiceImpl(int a) : m_a(a)
   {
       std::cout << "In ServiceImpl, m_a = " << m_a << "." << std::endl;
   }
   
   ServiceImpl::~ServiceImpl()
   {
       std::cout << "In ~ServiceImpl, m_a = " << m_a << "." << std::endl;
   }
   
   void ServiceImpl::Test()
   {
       m_a++;
       std::cout << "In Test, m_a = " << m_a << "." << std::endl;
   }
   

3. 注入依赖：通过构造函数依赖注入，将实现DIP::Service接口的对象传入，将具体实现传递给高层模块的接口指针或引用，从而对具体实现DIP::ServiceImpl解耦。

   main.cpp

   #include "ServiceImpl.h"
   #include "Service.h"
   #include <memory>
   
   int main()
   {
       int a = 3;
       std::shared_ptr<DIP::Service> serviceImpl = std::make_shared<DIP::ServiceImpl>(a);
       serviceImpl->Test();
   }
   

   在这种设计中，高层的main函数依赖于抽象接口Service，而不是具体的实现类。这样只要继承了Service接口的实现类都可以被使用。这就是依赖倒置带来的灵活性和扩展性。

四、完整实现

1. 在以上三点的基础上继续编写CMakeLists.txt文件。

   # 设置项目名称和最低CMake版本
   cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
   set(ProjectName Service)
   project(${ProjectName})
   
   set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
   set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED True)
   
   add_executable(${ProjectName} main.cpp ServiceImpl.cpp)
   

2. 此时代码结构如下。

   

3. 命令行编译执行。

   mkdir build
   cd build
   cmake ..
   make -j12
   ./Service
   

4. 执行结果。

   In ServiceImpl, m_a = 3.
   In Test, m_a = 4.
   In ~ServiceImpl, m_a = 4.
   

5. 可以看到Service指针在不感知ServiceImpl具体实现的情况下，仅通过调用接口实现了和ServiceImpl实例相同的功能。

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