C++ 封装的经典实践：从立方体到点圆关系的面向对象思考

在面向对象编程中，封装是三大特性（封装、继承、多态）的基础，它像一个 "黑盒子"，将数据和操作数据的方法捆绑在一起，隐藏内部实现细节，只通过预设接口与外部交互。今天我们通过两个经典案例 ------立方体类 和点与圆的位置关系，来聊聊 C++ 中封装的具体应用。

一、案例一：立方体类 ------ 数据与行为的有机结合

需求背景

我们需要设计一个立方体类，实现以下功能：

管理立方体的长、宽、高
计算立方体的表面积和体积
判断两个立方体是否完全相同

类的封装设计

立方体类的核心是 "数据隐藏" 和 "接口开放"，我们来看具体实现：

cpp 复制代码

class cube
{
private:
    // 私有成员：隐藏内部数据，不允许直接修改
    int L;  // 长
    int W;  // 宽
    int H;  // 高
public:
    // 公共接口：通过方法操作数据，控制访问权限
    // 设置与获取长、宽、高
    void setL(int a) { L = a; }
    int getL() { return L; }
    void setW(int a) { W = a; }
    int getW() { return W; }
    void setH(int a) { H = a; }
    int getH() { return H; }
    
    // 计算表面积（行为封装）
    int cubeS() { return 2 * ((L * W) + (L * H) + (W * H)); }
    
    // 计算体积（行为封装）
    int cubeV() { return L * W * H; }
    
    // 成员函数判断两个立方体是否相同
    bool Issample(cube c) {
        return (L == c.getL()) && (W == c.getW()) && (H == c.getH());
    }
};

封装的体现

数据隐藏 ：长、宽、高（L、W、H）被声明为private，外部无法直接修改（比如不能直接写c1.L = 10），只能通过setL()等方法间接设置，这为后续添加数据校验（比如防止负数）预留了空间。
行为封装 ：计算表面积（cubeS()）和体积（cubeV()）的逻辑被封装在类内部，外部只需调用方法即可，无需关心具体公式（即使公式修改，外部调用方式也无需改变）。
接口设计 ：setXxx()和getXxx()构成了标准的 "设置 - 获取" 接口，清晰定义了外部与类的交互方式。

扩展：立方体比较的两种方式

案例中还提供了两种判断立方体是否相同的方法：

成员函数Isyiyang(cube c)：通过当前对象访问自身私有成员，通过参数对象的getXxx()访问其私有成员。
全局函数Issmple(cube c1, cube c2)：完全通过getXxx()接口访问两个对象的私有成员。

两种方式各有场景：成员函数更适合与当前对象强相关的操作，全局函数更适合处理多个对象间的关系。

二、案例二：点和圆的位置关系 ------ 类的组合与封装协作

需求背景

设计点和圆两个类，实现：

管理点的坐标（x, y）和圆的半径、圆心（圆心是一个点）
判断点与圆的位置关系（点在圆上、圆内、圆外）

类的封装设计

这个案例的核心是类的组合（圆包含点对象），通过封装实现职责分离：

cpp 复制代码

// 点类：专注管理点的坐标
class Point
{
private:
    int m_X;  // x坐标
    int m_Y;  // y坐标
public:
    void setX(int x) { m_X = x; }
    int getX() { return m_X; }
    void setY(int y) { m_Y = y; }
    int getY() { return m_Y; }
};

// 圆类：包含点对象作为圆心，管理半径
class circle
{
private:
    int m_R;         // 半径
    Point m_Center;  // 圆心（点对象，体现类的组合）
public:
    void setR(int r) { m_R = r; }
    int getR() { return m_R; }
    void setCenter(Point center) { m_Center = center; }
    Point getCenter() { return m_Center; }
};

位置关系判断的封装

判断点和圆的关系被封装为全局函数，通过类的公共接口获取数据：

cpp 复制代码

void isInCircle(circle &c, Point &p)
{
    // 计算点到圆心的距离平方（避免开方运算，提高效率）
    int distance = pow(c.getCenter().getX() - p.getX(), 2) + 
                   pow(c.getCenter().getY() - p.getY(), 2);
    // 计算半径的平方
    int rDistance = pow(c.getR(), 2);
    
    // 判断位置关系
    if (distance == rDistance) cout << "点在圆上" << endl;
    else if (distance > rDistance) cout << "点在圆外" << endl;
    else cout << "点在圆内" << endl;
}

封装的体现

职责单一：点类只负责管理坐标，圆类只负责管理半径和圆心，两者通过接口交互，互不干扰。
组合的灵活性 ：圆类通过包含Point对象作为成员，复用了点的功能，体现了 "组合优于继承" 的设计思想（当需要 "有一个" 关系时，组合更合适）。
接口依赖 ：判断函数isInCircle完全依赖类的公共接口（getX()、getR()等），即使点或圆的内部实现修改（比如坐标改用double类型），只要接口不变，判断函数就无需修改。

三、两个案例的共性与封装的核心价值

共性总结

都将数据（成员变量）设为私有，通过公共方法（成员函数）控制访问。
都隐藏了内部实现细节（比如表面积公式、距离计算逻辑），只暴露必要接口。
都通过封装提高了代码的可维护性（修改内部逻辑不影响外部调用）。

封装的核心价值

数据安全 ：防止外部随意修改内部数据（比如立方体的长不能为负数，可在setL()中添加if(a>0) L=a实现校验）。
接口稳定：外部只需关注接口如何使用，无需关心内部实现，降低耦合度。
代码复用：像点类这样的基础组件，可在多个场景中复用（比如后续扩展椭圆、矩形等图形）。
职责清晰：每个类专注于自身功能，符合 "单一职责原则"。

结语

从立方体的属性管理到点与圆的关系判断，封装让代码从 "面向过程的逻辑堆砌" 转变为 "面向对象的组件协作"。在实际开发中，合理的封装能让代码更健壮、更易扩展 ------ 记住，好的封装就像一个设计精良的工具，用户只需知道如何使用，无需知道内部构造。