浅谈类的封装

类的封装

实验介绍

封装是类的本身属性，类就是将需要的数据以及函数放在（封装）类内部，使用该类实例化的对象可以使用类内部的数据和函数，通常来说学习一样东西只要问三个问题就可以了。

why?
what?
how?

知识点

封装的概念
封装的优点
类成员的访问权限

为何封装 (why?)

封装是 C++ 语言的特点，通过设定访问权限来限制访问和访问方式，也是继承和多态的前提。

保证数据不被外界干扰和误用，解决安全性。
让类库设计者可以方便更改类的内部，解决维护效率。
隐藏细节，代码模块化，使用者不必关心内部实现原理，解决代码重用性。
减少耦合（即与其他模块之间资讯或参数流动的程度）。

封装的概念 (what?)

官方定义：封装是将数据和处理数据的程序组合起来，仅对外公开接口，达到信息隐藏的功能。

C++ 程序两个基本要素：

程序语句（代码）：程序中执行动作的部分，也被称为函数。
数据：程序的信息。

C++ 中使用 class 关键字来对程序进行封装。

所谓的封装就是有选择性的暴露接口给用户，将数据和操作函数绑定在一起的概念，这样能避免受到外界的干扰和误用，从而保证安全。

将程序封装起来后，用户只能通过接口输入信息，得到想要的输出即可，中间的处理过程是不让用户知道（输入数据 --> 程序处理 --> 输出）。

例子 1 ：芯片就是用里面的电路封装起来，留出管脚进行操作，这是封装的典型例子。

概念介绍

名词	解释
数据隐藏	将程序数据隐藏起来，不让用户直接进行访问
数据封装	将数据和操作数据的函数绑定在一起的机制
数据抽象	面向用户保留接口而把具体的实现细节隐藏起来的机制

类的访问权限 (how?)

C++ 使用关键字 class 来进行封装，使用 public、protected、private 关键字表示封装的状态。

关键字

class：对类进行封装。
public：共有成员，用户能够直接访问类中 public 属性的数据成员和成员函数。
protected：保护成员，用户不能直接访问数据成员和成员函数，继承该类后可以访问。
private：私有成员，用户不能直接访问数据成员和成员函数。

示例代码 1

使用上一章中的示例代码，这里重点来讲解类的权限问题。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 将学生的属性进行封装
class Student
{
public: // 公有属性
    Student() {}
    ~Student() {}

    void setName(string name) { this->name = name; }
    string getName() const { return name; };
    void setAge(int age) { this->age = age; }
    int getAge() const { return age; }
private: // 私有属性
    string name;
    int age;
};

int main()
{
    // 堆上实例化
    Student *stu = new Student;

    // 正确访问
    stu->setName("Siri");
    stu->setAge(5);

    // 错误访问，编译报错
    // stu->name = "jake";
    // stu->age = 18;

    // 正确访问
    cout << "My name is " << stu->getName() << ", I'm " << stu->getAge() << " years old." << endl;

    // 释放内存
    delete stu;
    stu = nullptr;

    return 0;
}

示例代码 2

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Point
{
    // 私有属性
    double x;
    double y;
public: // 公有属性
    Point() {}
    ~Point() {}

    void setX(double x) { this->x = x; }
    double getX() const { return x; };
    void setY(double y) { this->y = y; }
    double getY() const { return y; };
};

int main()
{
    // 堆上实例化
    Point *point = new Point;

    // 正确访问
    point->setX(1);
    point->setY(5);

    // 错误访问，私有成员不能直接访问，编译报错
    point->x = 3;
    point->y = 9;

    // 释放内存
    delete point;
    point = nullptr;

    return 0;
}

示例代码 3

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Cat
{
    // 公有属性
    string name;
    Cat() {}
    ~Cat() {}

    void setName(string name) { this->name = name; }
    string getName() const { return name; };
};

int main()
{
    // 堆上实例化
    Cat *cat = new Cat;

    // 正确访问
    cat->setName("kitty");

    // 正确访问，name 属于公有数据成员
    cat->name = "siri";

    cout << "My name is " << cat->name << " ." << endl;

    // 释放内存
    delete cat;
    cat = nullptr;

    return 0;
}

代码解释

示例代码 1 中，学生类 private 以下区域的数据成员 name 和 age 都属于私有数据成员，public 下的成员函数都是属于公有属性。
默认情况下，类的成员都是私有属性，例如示例代码 2 中 Point 类的数据成员 x 和 y 都是属于私有属性。
struct 和 class 是类似的功能，但是 struct 默认情况下成员都是公有属性，如示例代码 3，struct 一般用于定义数据结构。
数据成员与成员函数绑定，不能直接对私有数据成员进行访问，如果需要访问数据成员则需要访问对应绑定的公有成员函数。

实验总结

在学习 C++ 之初就开始接触 class、public、protected、private 等，本次实验却又单独拿出来讲，这是因为强调 "封装"，就像我们经常听一首歌却叫不出歌名一样，现在正式告诉你 "歌名"。