大话C++：第11篇 类的定义与封装

1 类的定义

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

在C++中，类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。类定义的语法格式：

// ClassName类名
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;// 友元函数和友元类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();// 类内定义成员函数（内联函数）inline void inlineFunction() {// 函数体}// 类的嵌套类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）属于类本身，而不是类的任何特定对象。

• 友元函数和友元类可以访问类的私有和保护成员。

• 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。

• 嵌套类是在另一个类内部定义的类。

类的定义通常放在头文件中，类的实现放在源码文件cpp。例如，学生的定义与实现

• student.h学生类的定义

// 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学生类的实现

// 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 类的封装

C++ 类的封装是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，因为它限制了对类内部数据的直接访问，只允许通过类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（public、private、protected）来控制类成员的访问权限。访问修饰符对类、派生类及对象具有不同的访问权限，如下表所示：

访问修饰符	类内部	派生类内部	对象（外部）	示例
public	可访问	可访问	可访问	成员在类的外部和内部都可以被访问。
private	可访问	不可访问	不可访问	成员只能在类的内部被访问，对象和派生类都无法直接访问
protected	可访问	可访问	不可访问	成员在类的内部和派生类中可以被访问，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 类的访问修饰符

在C++中，类的访问修饰符主要用于控制类成员（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：public、protected、private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：允许类的任何对象以及任何其他代码访问该类的成员（无论是数据成员还是成员函数）。

  • 使用场景：通常用于提供类的外部接口，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：允许类的对象、派生类（子类）以及类的内部代码访问该类的成员。

  • 使用场景：通常用于实现继承时，在基类中定义一些需要被子类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：只允许类的内部代码访问该类的成员。

  • 使用场景：通常用于隐藏类的内部实现细节，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）中的其他类访问该类的成员，但不允许包外的类访问。

表格形式总结一下，详见下表：

访问修饰符	访问权限	类内部	派生类内部	类的对象	同包其他类	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	允许派生类访问
private	私有	可访问	不可访问	不可访问	不可访问	仅允许类内部访问

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仅用于类比，代表类内部和同一包内其他类可以访问，但对象和包外类无法访问。在C++中，如果一个成员没有被显式声明为public、protected或private，那么它的访问级别就是private。