带你从头学习C++的封装

带你从头学习C++的封装攻略

为什么要学习C++的封装？

C++是一门重要的编程语言，其独有的面向对象编程（Object-oriented programming, OOP）特性使得其在编程领域得到广泛应用。其中，封装是OOP最基本的特性之一，意味着将类的实现细节隐藏在外部接口后面，并且通过公共的方法使数据受到限制和保护。通过使用封装，我们可以更好地组织我们的代码、提高代码重用性、增强代码可读性及可维护性，减少对其他代码的影响等等。

因此，了解和掌握C++的封装是成为一名优秀的C++程序员的必备技能。

C++的封装攻略

1. 定义类

首先，我们需要定义一个类，这个类通常包含数据成员和成员函数。其中，数据成员是我们需要隐藏的数据，而成员函数则是我们能够对这些数据进行操作的方法。以下是一个例子：

class Rectangle {
private:
    double length;
    double width;
public:
    void setLength(double len);
    void setWidth(double wid);
    double getLength() const;
    double getWidth() const;
    double getArea() const;
};

在这个例子中，我们定义了一个名为Rectangle的类，其中包含了两个私有的double型数据成员length和width，以及四个公共的成员函数setLength、setWidth、getLength和getWidth，以及一个返回矩形面积的成员函数getArea。

2. 实现类

接下来，我们需要实现这个类。实现封装的主要方法是使用访问控制符：private、public和protected。在我们的例子中，我们把length和width设置为private，以便外界不能够直接访问它们，而成员函数则设置为public，这样，外界可以通过成员函数来访问和修改length和width的值。

在实现类的过程中，我们需要注意以下几点：

• 数据成员要设置为private
• 成员函数要设置为public，并且最好设置为const（不修改类的任何数据成员）
• 不要允许为成员函数添加参数来修改数据成员的值

下面是Rectangle类的实现部分：

void Rectangle::setLength(double len) {
    length = len;
}
void Rectangle::setWidth(double wid) {
    width = wid;
}
double Rectangle::getLength() const {
    return length;
}
double Rectangle::getWidth() const {
    return width;
}
double Rectangle::getArea() const {
    return length * width;
}

3. 使用类

最后，我们需要使用我们定义和实现的类。这包括创建对象、设置数据成员的值以及尝试访问和修改数据成员的值。在我们的例子中，我们可以这样使用Rectangle类：

Rectangle rectangle;
rectangle.setLength(5.0);
rectangle.setWidth(3.0);
double area = rectangle.getArea();

在这个例子中，我们创建了一个rectangle对象，并分别设置其length和width的值为5.0和3.0，然后通过getArea函数计算并返回其面积。

示例说明

示例1：银行账户

假设我们需要定义一个银行账户类，该类具有以下特征：

• 每个账户都有一个唯一的账号和属于该账户的余额。
• 账号是只读的，不能更改。
• 可以使用存款和提款函数修改余额。

我们来定义一个BankAccount类来实现这个功能，代码如下：

class BankAccount {
private:
    long accountNumber;
    double balance;
public:
    BankAccount(long accountNumber, double initialBalance);
    void deposit(double amount);
    bool withdraw(double amount);
    double getBalance() const;
    long getAccountNumber() const;
};

在我们的类定义中，BankAccount类包含了一个私有的long型数据成员accountNumber和一个私有的double型数据成员balance，以及三个公共的成员函数：BankAccount构造函数、进行存款的deposit函数和进行提款的withdraw函数，以及一个返回账户余额的getBalance函数和一个返回账户号码的getAccountNumber函数。

实现部分如下：

BankAccount::BankAccount(long accountNumber, double initialBalance) : accountNumber(accountNumber), balance(initialBalance) {}

void BankAccount::deposit(double amount) {
    balance += amount;
}

bool BankAccount::withdraw(double amount) {
    if (amount > balance) {
        std::cout << "Error! Not enough money!" << std::endl;
        return false;
    }
    balance -= amount;
    return true;
}

double BankAccount::getBalance() const {
    return balance;
}

long BankAccount::getAccountNumber() const {
    return accountNumber;
}

在这个实现过程中，我们引入了一个构造函数，用于初始化银行账户对象的accountNumber和balance属性。deposit函数和withdraw函数用于存款和提款，getBalance函数和getAccountNumber函数用于返回银行账户余额和账户号码。

最后，我们使用以下代码来使用BankAccount类：

BankAccount account(12345678, 1000.0);
std::cout << "Initial balance: " << account.getBalance() << std::endl;
account.deposit(500.0);
std::cout << "After deposit: " << account.getBalance() << std::endl;
account.withdraw(200.0);
std::cout << "After withdrawal: " << account.getBalance() << std::endl;

在这个例子中，我们创建了一个名为account的BankAccount对象，并使用构造函数初始化它的accountNumber和balance属性。然后，我们使用deposit函数存入500.0美元，再次使用withdraw函数提取200.0美元，并使用getBalance函数两次输出当前余额。

示例2：动态分配内存

下面以动态分配内存为例，说明C++中封装思想强化了内存安全和使用效率。我们先考虑没有封装带来的危险：

int main()
{
    int* p = new int[10];
    int* q = p;
    *p = 5;
    *(p + 1) = 10;
    std::cout << *q << std::endl;
    delete[] p;
    return 0;
}

我们在堆上动态分配10个int型空间，但是不加任何保护地访问了其中前两个元素，然后要通过delete[]删除指向堆空间的指针p，这样就有误操作导致了堆栈的混乱。

通过封装思想的成员函数，可以消除这种危险，例如：

class MyArray{
    int *m_Data;
    int m_Length;
public:
    MyArray(int length)
    {
        m_Length = length;
        m_Data = new int[length];
    }
    ~MyArray()
    {
        delete[] m_Data;
    }
    void setValue(int index, int value)
    {
        if(index < 0 || index >= m_Length)
            throw "Invalid index!";
        m_Data[index] = value;
    }
    int getValue(int index) const
    {
        if(index < 0 || index >= m_Length)
            throw "Invalid index!";
        return m_Data[index];
    }
};

int main()
{
    MyArray array(10);
    array.setValue(0, 5);
    array.setValue(1, 10);
    std::cout << array.getValue(0) << std::endl;
    return 0;
}

由上可知，通过封装，我们可以规定MyArray中的成员变量m_Data只能用setValue和getValue函数来访问，同时还加入了判越界的保护。如此一来，不管是谁使用MyArray，都不能像在第一个例子中那样拿指针乱指，也就增加了程序的健壮性和可维护性。