C++封装（Encapsulation）

封装是C++面向对象编程的三大特性之一（封装、继承、多态）。它将数据和操作数据的函数绑定在一起，通过访问控制（访问修饰符）限制外部对数据的直接访问，从而保护数据的完整性和安全性。

基本概念

1. 数据隐藏：
   • 使用访问控制隐藏类的某些成员，避免外界直接操作数据。
   • 防止非法访问或修改对象的状态。
2. 访问控制：
   • 使用访问修饰符（public、private、protected）限制成员的访问权限。
3. 接口与实现分离：
   • 隐藏类的内部实现，仅通过公共接口与外界交互。

访问控制

C++ 提供三种访问修饰符：

示例代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
private:
    string name; // 私有成员，外界无法直接访问
    int age;     // 私有成员

public:
    // 设置名字
    void setName(string n) {
        name = n;
    }

    // 获取名字
    string getName() {
        return name;
    }

    // 设置年龄
    void setAge(int a) {
        if (a > 0) { // 条件约束，防止非法操作
            age = a;
        }
    }

    // 获取年龄
    int getAge() {
        return age;
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.setName("Alice");
    p.setAge(25);

    cout << "Name: " << p.getName() << ", Age: " << p.getAge() << endl;
    return 0;
}

输出：

Name: Alice, Age: 25

封装的优点

1. 提高数据安全性：
   • 防止非法访问，保护数据完整性。
   • 限制对对象内部状态的修改。
2. 易于维护和扩展：
   • 接口与实现分离，内部实现变化不会影响外部代码。
3. 简化复杂性：
   • 用户只需了解接口，不需关心实现细节。
4. 模块化设计：
   • 数据和功能分组，便于复用和协作。

封装的常见应用

1. 只读属性

class ReadOnly {
private:
    int value;

public:
    ReadOnly(int v) : value(v) {}

    // 提供只读接口
    int getValue() const {
        return value;
    }
};

2. 隐藏实现细节

class Database {
private:
    string connection;

public:
    void connect(string connStr) {
        connection = connStr;
        cout << "Connected to " << connection << endl;
    }
    void disconnect() {
        cout << "Disconnected from " << connection << endl;
        connection.clear();
    }
};

3. 实现条件约束

void setAge(int a) {
    if (a > 0 && a < 150) {
        age = a;
    } else {
        cout << "Invalid age!" << endl;
    }
}

封装与类的关系

1. 类是封装的基本单位：
   • 成员变量通常设置为私有，通过公共方法与外界交互。
2. 继承：
   • 继承会继承封装特性，基类的访问修饰符影响派生类权限。
3. 多态：
   • 通过封装实现多态，与外界交互时只需关注接口。
4. 抽象：
   • 封装是抽象的基础，隐藏实现细节，提供统一接口。

封装的限制

1. 可能增加代码冗长：
   • 封装会引入额外的函数，增加代码复杂性。
2. 不必要的封装：
   • 简单的数据类可能无需封装，直接公开成员即可。
3. 设计难度：
   • 需要权衡封装的粒度，避免过度复杂化。

总结

封装是C++保护数据和管理代码复杂性的重要工具。它通过隐藏实现细节和访问控制，提升了程序的安全性和可维护性。