【C++漂流记】一文搞懂类与对象的封装

本篇文章主要说明了类与对象中封装的有关知识，包括属性和行为作为整体、访问权限、class与struct的区别、成员属性的私有化，希望这篇文章可以帮助你更好的了解类与对象这方面的知识。

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一、属性和行为作为整体

封装是面向对象编程中的一种特性，它将数据和操作数据的方法组合在一起，形成一个类。封装的目的是将数据和方法进行包装，使其成为一个独立的实体，外部只能通过类提供的接口来访问和操作数据，而不需要了解内部的实现细节。

示例：

class Circle {
private:
    double radius;

public:
    void setRadius(double r) {
        radius = r;
    }

    double getRadius() {
        return radius;
    }

    double getArea() {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

在上面的示例中，我们定义了一个名为Circle的类，它具有一个私有的属性radius和三个公有的方法setRadius、getRadius和getArea。

• 属性：属性是类中的变量，用于存储对象的状态。在示例中，radius是Circle类的私有属性，只能通过类的方法来进行访问和修改。

• 行为：行为是类中的方法，用于操作对象的状态。在示例中，setRadius方法用于设置radius的值，getRadius方法用于获取radius的值，getArea方法用于计算圆的面积。

通过封装，我们将属性和行为组合在一起，形成了一个完整的圆对象。外部代码只能通过类的公有方法来访问和操作圆的属性，而不需要知道属性的具体实现细节。这样可以提高代码的可维护性和安全性，同时也方便了代码的重用。

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二、访问权限

同样以上面为示例

在示例中，属性radius被声明为私有(private)。私有属性只能在类的内部访问，外部代码无法直接访问或修改私有属性的值。这是通过使用访问修饰符(private, public, protected)来实现的。

私有属性和方法只能在类的内部使用，对外部是不可见的。这种封装的好处是可以隐藏类的内部实现细节，提高代码的安全性和可维护性。

示例解释：

在示例中，radius属性被声明为私有，这意味着外部代码无法直接访问radius属性。为了访问和修改radius的值，我们提供了公有的setRadius和getRadius方法。通过setRadius方法，外部代码可以传递一个新的半径值来修改radius的值；通过getRadius方法，外部代码可以获取radius的当前值。

Circle circle;
circle.setRadius(5.0); // 通过公有方法setRadius设置radius的值为5.0
double radius = circle.getRadius(); // 通过公有方法getRadius获取radius的值

在上面的示例中，外部代码无法直接访问circle对象的radius属性，而是通过公有方法setRadius和getRadius来间接访问和修改radius的值。这样可以确保radius属性的访问和修改是受控的，同时隐藏了radius属性的具体实现细节。

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三种访问权限修饰符

在C++中，有三种访问权限修饰符：private、protected和public。这些修饰符用于控制类的成员（属性和方法）对外部的可见性和可访问性。

1. private（私有）：私有成员只能在类的内部访问，外部代码无法直接访问或修改私有成员的值。私有成员的目的是隐藏类的内部实现细节，提高代码的安全性和封装性。

2. protected（保护）：保护成员在类的内部和派生类中可访问，但对外部是不可见的。保护成员的目的是在继承关系中提供一定的访问权限，使派生类能够继承和访问基类的成员。

3. public（公有）：公有成员可以在类的内部和外部访问。公有成员没有访问限制，可以被任何代码访问和修改。

这些访问权限修饰符可以应用于类的成员（属性和方法）的声明。默认情况下，类的成员是私有的。

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三、class与struct的区别

在C++中，class和struct是用于定义自定义数据类型的关键字。它们之间的主要区别在于默认的成员访问权限和默认的继承权限。

1. 成员访问权限：

• class：默认的成员访问权限是私有(private)。
• struct：默认的成员访问权限是公有(public)。

这意味着在class中声明的成员（属性和方法）默认是私有的，只能在类的内部访问。而在struct中声明的成员默认是公有的，可以在类的内部和外部访问。

示例：

class MyClass {
    int x;  // 默认为私有(private)
    void foo();  // 默认为私有(private)
};

struct MyStruct {
    int x;  // 默认为公有(public)
    void foo();  // 默认为公有(public)
};

2. 继承权限：

• class：默认的继承权限是私有继承(private inheritance)。
• struct：默认的继承权限是公有继承(public inheritance)。

这意味着在class中继承的成员默认是私有继承的，派生类只能访问基类的公有和保护成员。而在struct中继承的成员默认是公有继承的，派生类可以访问基类的公有、保护和私有成员。

继承部分会在下一篇文章详细的说明，可以前往我主页订阅专栏，每天一个C++知识点

示例：

class BaseClass {
    // ...
};

class DerivedClass : BaseClass {
    // 默认为私有继承(private inheritance)
};

struct BaseStruct {
    // ...
};

struct DerivedStruct : BaseStruct {
    // 默认为公有继承(public inheritance)
};

除了上述区别之外，class和struct在语法上没有其他差异，它们可以具有相同的成员、方法和功能。选择使用class还是struct取决于个人偏好和代码的语义。一般来说，如果定义的是一个拥有私有成员和实现细节的复杂数据类型，通常会使用class；如果定义的是一个简单的数据容器或数据结构，通常会使用struct。

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四、成员属性私有化

将类的成员属性私有化是一种常见的编程实践，它可以提供更好的封装性和数据安全性。私有成员属性只能在类的内部访问，外部代码无法直接访问或修改私有属性的值。这样可以隐藏类的内部实现细节，防止外部代码对属性的误操作或非法访问。

在C++中，可以使用访问权限修饰符来设置成员属性的访问权限。通过将属性声明为私有(private)，可以将其限制为只能在类的内部访问。私有属性通常通过公有的成员函数（例如getters和setters）来间接访问和修改。

示例代码：

class MyClass {
private:
    int privateAttribute;  // 私有属性

public:
    // 公有成员函数用于访问和修改私有属性
    int getPrivateAttribute() {
        return privateAttribute;
    }

    void setPrivateAttribute(int value) {
        privateAttribute = value;
    }
};

在上述示例中，privateAttribute被声明为私有属性，外部代码无法直接访问。通过公有的getPrivateAttribute()和setPrivateAttribute()函数，可以间接地访问和修改私有属性的值。

私有化成员属性的好处包括：

• 隐藏类的内部实现细节，提高代码的封装性和安全性。
• 通过公有的成员函数来控制对私有属性的访问和修改，可以进行数据验证和处理。
• 允许在不改变类的接口的情况下，修改属性的实现细节。