C++学习笔记（十七）——类之封装

一、 封装

作用：
封装（Encapsulation） 是面向对象编程（OOP）的核心特性之一，
把数据和操作数据的函数绑定在一起，并隐藏内部实现细节，防止外部代码直接访问对象的内部数据。

特点：

1. 保护数据安全：防止外部代码直接修改数据。
2. 提高代码可维护性：通过接口访问数据，修改实现时不会影响调用代码。
3. 隐藏实现细节：外部代码无需关心类的内部逻辑，只需使用提供的接口。
4. 增强可扩展性：可以在不修改接口的情况下改变内部实现。

二、 封装的基本实现

C++ 使用 private、protected、public 访问修饰符实现封装。

示例 ——基本的封装：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
private:
    string name;  // 私有成员，不能直接访问
    int age;

protected:
    string habit;  // 本类和子类可以访问

public:
    // 构造函数
    Person(string n, int a, string s)
    {
        name = n;
        age = a;
        habit = s;
    }

    // 公有接口（getter 和 setter）
    void setName(string n)
    {
        name = n;
    }
    string getName()
    {
        return name;
    }

    void setAge(int a)
    {
        if (a >= 0) age = a;
    }
    int getAge()
    {
        return age;
    }

    void setHabit(string s)
    {
        habit = s;
    }
    string getHabit()
    {
        return habit;
    }

    void display()
    {
        cout << "姓名: " << name << ", 年龄: " << age << ", 爱好: " << habit << endl;
    }
};

int main() {
    Person p("Alice", 25, "唱歌");

    // p.name = "Bob";  // 错误：name 是 private，不能直接访问
    // p.habit = "跳舞"; // 错误：name 是 protected，不能直接访问
    p.setName("Bob");  // 正确 通过公有接口修改 name
    p.setAge(30);      // 正确 通过公有接口修改 age
    p.setHabit("跳舞"); // 正确 通过公有接口修改 habit

    cout << "姓名: " << p.getName() << endl;
    p.display();

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• name 和 age 设为 private，habit 设为 protected，外部无法直接访问。
• 数据成员一般设为 private，使用公有接口 来间接访问和修改数据。
• protected 主要用于继承，防止外部访问，但允许子类使用。

三、 getter 和 setter 方法

• getter（访问器）：获取私有成员的值。
• setter（修改器）：设置私有成员的值，同时可以进行数据验证。

示例 ——使用 getter 和 setter：

#include <iostream>
using namespace std;

class Car {
private:
    int speed;

public:
    // 构造函数
    Car() 
    { 
        speed = 0; 
    }

    // getter 方法
    int getSpeed() 
    { 
        return speed; 
    }

    // setter 方法（增加数据验证）
    void setSpeed(int s) 
    {
        if (s >= 0) 
            speed = s;
        else 
            cout << "速度不能为负数！" << endl;
    }
};

int main() {
    Car car;
    car.setSpeed(100);
    cout << "当前速度: " << car.getSpeed() << " km/h" << endl;

    car.setSpeed(-50);  // 错误 触发数据验证

    system("pause");
    return 0;
}

使用 getter 和 setter的作用：

• 防止直接修改数据，确保数据安全性。
• 提供数据验证机制，避免非法数据输入。

四、 特殊用法

（1）友元函数（Friend Function）

作用：
友元函数（friend） 允许某些函数访问类的 private 成员，但该函数不属于该类的成员。

示例 ——友元函数访问私有数据：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
    // 友元函数声明
    friend void printWidth(Box b);

private:
    double width;

public:
    Box(double w) 
    { 
        width = w; 
    }
};

// 友元函数定义
void printWidth(Box b) 
{
    cout << "Box 宽度: " << b.width << endl;  // 访问 private 成员
}

int main() {
    Box box(10.5);
    printWidth(box);  // 友元函数可以访问 private 数据

    system("pause");
    return 0;
}

友元函数的作用：

• 允许外部函数访问私有数据，但仍然保持封装。
• 不属于类的成员，不能用 this 访问对象。

（2）结构体 struct 的封装

在 C++ 中，struct 默认是 public，但也可以使用 private 进行封装。

示例——使用 struct 进行封装：

struct Student {
private:
    string name;

public:
    void setName(string n) 
    { 
    	name = n; 
    }
    string getName() 
    { 
    	return name; 
    }
};

注意：

• 简单的数据结构使用 struct（如 Point）。
• 需要封装和继承时，使用 class。