大话C++:第11篇 类的定义与封装

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1 的定义

在C++中,的定义通常使用class关键字开始,后面紧跟的名称。可以包含数据成员(变量)和成员函数(方法)。

在C++中,可以更加详细地展开,包括数据成员(变量)的声明、成员函数的声明与定义、构造函数、析构函数、内联成员函数、静态成员、友元函数等。定义的语法格式

// ClassName名
class ClassName 
{
public:// 公共构造函数ClassName();                      // 默认构造函数ClassName(const ClassName& other); // 拷贝构造函数~ClassName();                     // 析构函数// 公共成员函数(包括内联函数)void publicFunction();void anotherPublicFunction() const; // const成员函数static void staticPublicFunction(); // 静态成员函数// 公共成员变量(通常不推荐,因为破坏了封装性)int publicVariable;// 友元函数和友元friend void friendFunction(ClassName& obj);friend class FriendClass;protected:// 受保护成员函数void protectedFunction();// 受保护成员变量int protectedVariable;private:// 私有成员函数void privateFunction();// 私有成员变量int privateVariable;// 私有静态成员变量static int privateStaticVariable;// 私有静态成员函数static void privateStaticFunction();// 内定义成员函数(内联函数)inline void inlineFunction() {// 函数体}// 的嵌套class NestedClass {// NestedClass 的定义};
};

其中,

  • 构造函数和析构函数用于对象的初始化和清理。

  • 成员函数可以是公共的、受保护的或私有的。

  • 静态成员(函数和变量)属于本身,而不是的任何特定对象。

  • 友元函数和友元可以访问的私有和保护成员。

  • 内联函数通过在调用点插入函数体的复制品来提高执行速度,适合函数体简短且调用频繁的情况。

  • 嵌套是在另一个内部定义的

的定义通常放在头文件中,的实现放在源码文件cpp。例如,学生的定义与实现

  • student.h学生的定义

// student.h
#ifndef __STUDENT_H__
#define __STUDENT_H__#include <string>class Student 
{
public:// 构造函数Student(const std::string& name, int age, int num);// 析构函数~Student();// 公共成员函数void DisplayInfo() const;// 获取成员变量的函数// 获取姓名inline std::string GetName() const;// 获取年龄inline int GetAge() const;// 获取学号inline int GetNum() const;// 设置成员变量的函数// 设置姓名inline void SetName(const std::string& name);// 设置年龄inline void SetAge(const int age);// 设置学号inline void SetNum(const int num);private:// 私有成员变量std::string _name;	// 姓名int _age;			// 年龄int _num;			// 学号
};#endif // __STUDENT_H__
  • student.cpp学生的实现

// student.cpp
#include "student.h"
#include <iostream>// 构造函数
Student::Student(const std::string& name, int age, int num) : _name(name), _age(age), _num(num)
{std::cout << "Student构造函数" << std::endl;
}// 析构函数(在这个简单的例子中,析构函数是空的)
Student::~Student() 
{std::cout << "Student析构函数" << std::endl;
}// 显示学生信息
void Student::DisplayInfo() const 
{std::cout << "该学生姓名:" << _name << ",年龄:" << _age << ",学号:" << _num << std::endl;
}// 获取学生姓名
std::string Student::GetName() const
{return _name;
}// 获取年龄
int Student::GetAge() const
{return _age;    
}// 获取学号
int Student::GetNum() const
{return _num;
}// 设置姓名
void Student::SetName(const std::string& name)
{_name = name;
} // 设置年龄
void Student::SetAge(const int age)
{_age = age;
}// 设置学号
void Student::SetNum(const int num)
{_num = num;
}
  • main.cpp学生对象的定义及使用

// main.cpp
#include <iostream>
#include "student.h"int main()
{// 创建学生对象Student student("Jack", 25);// 调用成员函数student.DisplayInfo();std::cout << "该学生对象的名字: " << student.GetName() << std::endl;// 修改学生年龄student.SetAge(22);// 再次调用成员函数student.DisplayInfo();return 0;
}

2 封装

C++ 封装面向对象编程中的一个核心概念,它指的是将数据(成员变量)和行为(成员函数)结合在一起的机制,并隐藏内部实现细节,只暴露出一个可以被外界访问和使用的接口。封装可以提高安全性和易于维护,因为它限制了对内部数据的直接访问,只允许通过提供的成员函数来操作数据。

为了实现封装,C++提供了访问修饰符publicprivateprotected)来控制成员的访问权限。访问修饰符、派生及对象具有不同的访问权限,如下表所示:

访问修饰符内部派生内部对象(外部)示例
public可访问可访问可访问成员在的外部和内部都可以被访问。
private可访问不可访问不可访问成员只能在的内部被访问,对象和派生都无法直接访问
protected可访问可访问不可访问成员在的内部和派生中可以被访问,但对象无法直接访问
#include <iostream>class Person 
{
public:void SetName(const std::string& name) { // 公有成员函数_name = name;}std::string GetName() const { // 公有成员函数return _name;}protected:// 受保护成员函数void SetAge(int age) {_age = age;}    protected:// 受保护成员变量int _age; private:// 私有成员变量 std::string _name;    
};int main()
{Person person;// 对象无法直接访问私有成员// person._name = "Alice";// 对象可以访问公有成员函数person.SetName("Jack");std::cout << person.GetName() << std::endl;// 对象无法直接访问受保护成员// person._age = 10; // 错误:受保护成员无法访问return 0;
}

3 访问修饰符

在C++中,访问修饰符主要用于控制成员(包括数据成员和成员函数)的访问权限。这些修饰符主要有四种:publicprotectedprivate和默认的default。其中,

  • public(公共访问修饰符

    • 访问权限:最高级别的访问权限。

    • 作用:允许的任何对象以及任何其他代码访问该的成员(无论是数据成员还是成员函数)。

    • 使用场景:通常用于提供的外部接口,即允许外部代码调用的成员函数或访问的数据成员。

  • protected(受保护的访问修饰符

    • 访问权限:次高级别的访问权限。

    • 作用:允许的对象、派生(子)以及的内部代码访问该的成员。

    • 使用场景:通常用于实现继承时,在基中定义一些需要被子访问但不需要被外界访问的成员。

  • private(私有的访问修饰符

    • 访问权限:最低级别的访问权限。

    • 作用:只允许的内部代码访问该的成员。

    • 使用场景:通常用于隐藏的内部实现细节,确保数据的封装性。

  • default(默认访问修饰符

    • 访问权限:包(package)级别的访问权限。

    • 作用:允许同一包(package)中的其他访问该的成员,但不允许包外的访问。

表格形式总结一下,详见下表:

访问修饰符访问权限内部派生内部的对象同包其他说明
public公有可访问可访问可访问可访问允许外部访问
protected受保护可访问可访问不可访问不可访问允许派生访问
private私有可访问不可访问不可访问不可访问仅允许内部访问

注意:在C++中,没有明确的default关键字来表示包私有访问,这里的default仅用于比,代表内部和同一包内其他可以访问,但对象和包外无法访问。在C++中,如果一个成员没有被显式声明为publicprotectedprivate,那么它的访问级别就是private


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