C++类成员的访问权限以及类的封装

一起看海 · 发表于 2023-12-28 09:24:35

前面我们在定义类时多次使用到了 public 关键字，表示类的成员具有“公开”的访问权限，这节我们就来详细讲解。

C++通过 public、protected、private 三个关键字来控制成员变量和成员函数的访问权限，它们分别表示公有的、受保护的、私有的，被称为成员访问限定符。所谓访问权限，就是你能不能使用该类中的成员。
Java、C# 程序员注意，C++ 中的 public、private、protected 只能修饰类的成员，不能修饰类，C++中的类没有共有私有之分。
在类的内部（定义类的代码内部），无论成员被声明为 public、protected 还是 private，都是可以互相访问的，没有访问权限的限制。

在类的外部（定义类的代码之外），只能通过对象访问成员，并且通过对象只能访问 public 属性的成员，不能访问 private、protected 属性的成员。
本节重点讲解 public 和 private，protected 将在继承中讲解。
下面通过一个 Student 类来演示成员的访问权限：

#include <iostream>
using namespace std;
//类的声明
class Student{
private: //私有的
char *m_name;
int m_age;
float m_score;
public: //共有的
void setname(char *name);
void setage(int age);
void setscore(float score);
void show();
};
//成员函数的定义
void Student::setname(char *name){
m_name = name;
}
void Student::setage(int age){
m_age = age;
}
void Student::setscore(float score){
m_score = score;
}
void Student::show(){
cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
}
int main(){
//在栈上创建对象
Student stu;
stu.setname("小明");
stu.setage(15);
stu.setscore(92.5f);
stu.show();
//在堆上创建对象
Student *pstu = new Student;
pstu -> setname("李华");
pstu -> setage(16);
pstu -> setscore(96);
pstu -> show();
return 0;
}

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运行结果：
小明的年龄是15，成绩是92.5
李华的年龄是16，成绩是96

类的声明和成员函数的定义都是类定义的一部分，在实际开发中，我们通常将类的声明放在头文件中，而将成员函数的定义放在源文件中。

类中的成员变量 m_name、m_age 和m_ score 被设置成 private 属性，在类的外部不能通过对象访问。也就是说，私有成员变量和成员函数只能在类内部使用，在类外都是无效的。

成员函数 setname()、setage() 和 setscore() 被设置为 public 属性，是公有的，可以通过对象访问。

private 后面的成员都是私有的，直到有 public 出现才会变成共有的；public 之后再无其他限定符，所以 public 后面的成员都是共有的。

成员变量大都以m_开头，这是约定成俗的写法，不是语法规定的内容。以m_开头既可以一眼看出这是成员变量，又可以和成员函数中的形参名字区分开。

以 setname() 为例，如果将成员变量m_name的名字修改为name，那么 setname() 的形参就不能再叫name了，得换成诸如name1、_name这样没有明显含义的名字，否则name=name;这样的语句就是给形参name赋值，而不是给成员变量name赋值。

因为三个成员变量都是私有的，不能通过对象直接访问，所以必须借助三个 public 属性的成员函数来修改它们的值。下面的代码是错误的：

Student stu;
//m_name、m_age、m_score 是私有成员变量，不能在类外部通过对象访问
stu.m_name = "小明";
stu.m_age = 15;
stu.m_score = 92.5f;
stu.show();

复制代码

简单地谈类的封装
private 关键字的作用在于更好地隐藏类的内部实现，该向外暴露的接口（能通过对象访问的成员）都声明为 public，不希望外部知道、或者只在类内部使用的、或者对外部没有影响的成员，都建议声明为 private。

根据C++软件设计规范，实际项目开发中的成员变量以及只在类内部使用的成员函数（只被成员函数调用的成员函数）都建议声明为 private，而只将允许通过对象调用的成员函数声明为 public。
另外还有一个关键字 protected，声明为 protected 的成员在类外也不能通过对象访问，但是在它的派生类内部可以访问，这点我们将在后续章节中介绍，现在你只需要知道 protected 属性的成员在类外无法访问即可。
有读者可能会提出疑问，将成员变量都声明为 private，如何给它们赋值呢，又如何读取它们的值呢？

我们可以额外添加两个 public 属性的成员函数，一个用来设置成员变量的值，一个用来获取成员变量的值。上面的代码中，setname()、setage()、setscore() 函数就用来设置成员变量的值；如果希望获取成员变量的值，可以再添加三个函数 getname()、getage()、getscore()。

给成员变量赋值的函数通常称为 set 函数，它们的名字通常以set开头，后跟成员变量的名字；读取成员变量的值的函数通常称为 get 函数，它们的名字通常以get开头，后跟成员变量的名字。

除了 set 函数和 get 函数，在创建对象时还可以调用构造函数来初始化各个成员变量，我们将在《C++构造函数》一节中展开讨论。不过构造函数只能给成员变量赋值一次，以后再修改还得借助 set 函数。

这种将成员变量声明为 private、将部分成员函数声明为 public 的做法体现了类的封装性。所谓封装，是指尽量隐藏类的内部实现，只向用户提供有用的成员函数。

有读者可能会说，额外添加 set 函数和 get 函数多麻烦，直接将成员变量设置为 public 多省事！确实，这样做 99.9% 的情况下都不是一种错误，我也不认为这样做有什么不妥；但是，将成员变量设置为 private 是一种软件设计规范，尤其是在大中型项目中，还是请大家尽量遵守这一原则。
为了减少代码量，方便说明问题，本教程中的类可能会将成员变量设置为 public，请读者不要认为这是一种错误。
对private和public的更多说明
声明为 private 的成员和声明为 public 的成员的次序任意，既可以先出现 private 部分，也可以先出现 public 部分。如果既不写 private 也不写 public，就默认为 private。

在一个类体中，private 和 public 可以分别出现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限定符或类体结束时（最后一个右花括号）为止。但是为了使程序清晰，应该养成这样的习惯，使每一种成员访问限定符在类定义体中只出现一次。

下面的类声明也是完全正确的：

class Student{
private:
char *m_name;
private:
int m_age;
float m_score;
public:
void setname(char *name);
void setage(int age);
public:
void setscore(float score);
void show();
};

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