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C++类成员的访问权限以及类的封装

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。
JavaC# 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;
}
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();

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,一个用来修改成员变量的值。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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