C++类成员的访问权限（public、protected和private）

在 C++ 中，类成员包括类的成员变量和成员函数，它们分别用于描述类的属性和行为。而类成员的访问权限决定了哪些成员是公开的，能被外界访问，也能被类内部访问；哪些成员是私有的，只能在类的内部访问，外界无法访问。就像一个人的钱包，只有他自己能动，别人是不能动的。

大家可能会问，为什么需要对类成员的访问进行控制，而不是让任何人都可以访问呢？这与现实世界中对事物访问的自然限制相呼应。正如我们只能了解自己钱包里有多少钱，而无法知晓他人的财务状况一样，C++ 中的类成员访问控制确保了数据的安全性和封装性。

设想一下，如果钱包里的钱可以被任何人访问，那么它的安全性将无法得到保障。同样，当“人”这个类的属性用成员变量表示时，这些变量的访问也应该受到限制，只能通过类的行为（成员函数）来进行操作，从而对外界隐藏，确保不被未授权的访问或修改。

如果不对访问加以控制，数据可能会被错误地修改，从而威胁到数据的完整性和安全性。因此，为了保护类成员不被不安全的访问，我们必须实施访问控制。通过这种方式，我们可以确保只有适当的操作能够触及敏感数据，从而维护程序的稳定性和可靠性。

C++三种访问权限

在 C++ 中，对类成员的访问控制是通过设置成员的访问权限来实现的。按照访问范围的大小，访问级别分为公有的（public）、受保护的（protected）和私有的（private）三种，如下图所示。

C++公有的访问权限（public）

公有成员通过在成员变量或成员函数前加上 public 关键字来修饰，这表明这些成员的访问不受限制，可以在类的内部和外部被访问。

公有的成员主要作为类与外界交互的接口，它们是类提供给外界的访问点，允许外界通过这些成员与类进行通信和交互。

例如，在 Teacher 类中，如果有一个表示上课行为的 GiveLesson() 成员函数，该函数是类向外界提供的服务之一，因此应该设置为公有的，以便外界可以访问并调用它。这样的设计允许 Teacher 类的用户在需要时请求上课服务，而无须了解类内部的实现细节。

C++受保护的访问权限（protected）

受保护成员用关键字 protected 修饰，其声明格式与 public 型相同，这些成员在类的外部不可见，但可以在类的内部以及所有继承自该类的派生类中访问。

受保护的访问级别主要用于实现属性或方法的继承，允许派生类访问和使用基类的某些成员。

例如，考虑一个 Teacher 类，它包含一个表示姓名的成员变量 m_strName。出于数据封装和安全性的考虑，我们不希望外界能够直接修改教师的姓名。因此，m_strName 应在 Teacher 类内部可见，同时对于任何可能的派生类，如表示大学教师的 Lecturer 类，我们也希望它们能够访问和使用这个姓名属性。在这种情况下，将 m_strName 设置为受保护的成员是最合适的选择。

C++私有的访问权限（private）

私有成员用关键字 private 修饰，其声明格式与 public 类型相同。这些成员只能在类的内部被访问，所有来自类外部的访问都是被禁止的。

私有的访问级别可以确保类的成员被完全隐藏，从而有效地保护类中数据和行为的安全。例如，如果将钱包视为一个类的私有成员，它将不会被外部访问，从而防止潜在的非法访问或修改。

需要说明的是，在使用 class 关键字定义的类中，如果成员没有显式地声明其访问级别，默认为私有成员。这意味着，除非通过类的公共接口，否则外界无法直接访问这些成员。这种默认的访问控制强调了封装的重要性，鼓励开发者通过公共接口来操作类的状态。

相对地，使用 struct 关键字定义的结构体，其默认的访问级别为公有的。这通常用于定义简单的数据结构，其中成员变量和函数可以被直接访问。

C++实例演示三种访问权限

例如下面是一个 Teachar 类，类中结合为各个成员设置了合理的访问权限，更真实地反映了现实的情况：

// 定义访问控制后的 Teacher 类
class Teacher
{
    // 公有成员
    // 外界通过访问这些成员与该类进行交互，以获得类提供的服务
public:
        // 冒号后的变量或者函数都受到它的修饰
        // 构造函数应该是公有的，这样外界才可以利用构造函数创建该类的对象
        Teacher(string strName) : m_strName(strName)
        {
            // ...
        }
        // 老师要为学生们上课，它应该被外界调用，所以这个成员函数是公有的
        void GiveLesson()
        {
            // 在类的内部，可以访问自身的受保护的和私有的成员
            PrepareLesson();    // 先备课，访问受保护成员
            cout << "老师上课。" << endl;
            m_nWallet += 100;  // 一节课钱包增加 100 元，访问私有成员
        }
        // 我们不让别人修改名字，但需要让别人知道我们的名字
        // 对于只可供外界只读访问的成员变量
        // 可以提供一个公有的成员函数供外界对其进行读取访问
        string GetName()
        {
            return m_strName;
        }
    // 受保护成员
    // 不能被外界访问，但可以被自身访问，也可以“遗传”给子类，供子类访问
protected:
        // 自己和子类需要备课，所以不能把“备课”这个功能公开（public）给外界，而是要保护（protected）起来
        void PrepareLesson()
        {
            cout << "老师备课。" << endl;
        }
        // 只有自己可以修改自己的名字，子类也需要这样的属性
        string m_strName;
    // 私有成员
    // 只有自己可以访问，连子类这个“亲儿子”都不能访问
private:
        int m_nWallet;  // 钱包只有自己可以访问，所以设置为私有的
};

设置了访问权限之后，对 Teacher 类对象的成员进行访问时需要特别注意，我们只能访问它的公有成员，试图访问它的受保护或者私有成员，就会被毫不留情地拒之门外：

int main()
{
    // 创建对象时调用类的构造函数
    // 在 Teacher 类中，构造函数是公有的，所以可以直接调用
    Teacher MrChen("Chen");

    // 外部变量，用于保存从对象获得的数据
    string strName;
    // 通过类的公有成员函数，读取并获得类中受保护的成员变量
    strName = MrChen.GetName();

    // 错误：无法直接访问类的受保护和私有的成员
    // 想改我的名字，先要问我答应不答应
    MrChen.m_strName = "WangGang";
    // 想从我钱包中拿走 200 元，那更不行了
    MrChen.m_nWallet -= 200;

    return 0;
}

在主函数中，首先创建了一个 Teacher 类对象，这个创建过程会调用它的构造函数，因此构造函数必须是公有的。

在构造函数中，我们可以访问成员变量 m_strName，虽然它是受保护的，但在类自身的构造函数中可以对它进行修改。同时，为了让外界能够安全地读取该成员变量的值，我们为 Teacher 类添加了一个公有的成员函数 GetName()，通过这个函数，外界可以访问类中受保护的成员以获得必要的数据。

此外，Teacher 类还提供了一个公有的 GiveLesson() 函数，外界可以直接调用这个函数以获得 Teacher 类提供的上课服务。在这个公有成员函数内部，我们也可以访问类中的受保护成员和私有成员。

这些访问都是合理合法的。然而，如果尝试在类的外部直接访问受保护或私有成员，编译器会检测到这种非法访问，并产生编译错误，提示无法访问受保护或私有成员。这样，有了编译器的帮助，小偷就再也不能动我们的钱包了。

通过控制对类成员的访问，我们能够有效地保护数据和行为，防止数据被外界随意修改，同时也限制了外界对类的行为的不合理使用。如果类的某些成员变量因为业务逻辑的需要允许外界访问（例如这里的 m_strName），建议通过公有接口的方法来访问这些成员变量，而不是把这些成员变量设置为公有的。一般情况下，类的成员变量应该设置为受保护的或私有的。