第3章感受（一）——3.11. Hello object 封装版

旧城等待， 2022-08-23 14:52 135阅读 0赞

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白话C++

3.11. Hello object 封装版

小A做某事，成功了；小B做另一件事，失败了。分析其间的差别，无非两种可能：一是小A比小B牛，犯的错误少；二是小A做的事比小B做的事简单。

可见要做成一件事，第一要尽量让事情简单，第二尽量让人少犯错误。

除了个别世界观有问题的以外，多数编程语言都希望通过使用它，事情能变得简单些，程序员能变得强一些。

C++ 也如此。前面提到的“派生”、“多态”，这二者让C++语言可以更加逼真地表达现实问题。因此可以认为，“派生”及“多态”是“OO世界”中两样锋利的武 器，程序员拿着它们驰骋疆场，杀戮无数问题。显然，这是C++让事情变得简单的重要方法。紧接着，我们又要提到了“封装”，C++通过“封装”，允许将重 要数据的封闭起来，避免重要数据被错误地直接使用。 它是一项让程序员尽量少犯错误的重要方法。

![轻松一刻][laugth_icon.PNG]〖轻松一刻〗：“封装”究竟封装了什么？

“封装”这项技术，表面上它保护的是代码中的数据，其实它是一件坚硬的盔甲，保护住的是程序员一颗容易犯错的脑袋瓜，还有程序员一颗脆弱的心。

3.11.1. 类型即封装

其实，当我们通过struct来定义一个新的数据类型时，就是一种“封装”。

struct Person { 
        string name; };

想像我们还想关注“人类”的年龄信息，那么我们可以Person类再添加一个成员数据。

struct Person { string name; int age; };

看，和“人”有关的数据，被我们统一包装在Person这个类型信息中。假设我们要在程序中管理到2个人，那么使用Person这个类型，代码如下：

Person xiaA; Person zhiLing;

2个人，对应定义两个对象，直观，轻松。如果不使用自定义类型来封装人的信息，代码该如何写呢？

string nameOfXiaA; string nameOfZhiLing; int ageOfXiaoA; int ageOfZhiLing;

是 不是有一种所有数据被“拆散”得“支离破碎”的感觉？如果有，恭喜你，说明你具备程序员的气质；如果没有，也恭喜你，说明你拥有机器一般的超强能力的大 脑。 不过，当前Person只有两个信息，如果是10个呢？人脑一定会记不过来。所以，定义一个拥有复合信息的类型，本身就是一种封装。

不过，C++还有更强劲的一层封装，那就是，一个（复杂）数据类型，可以用来设置访问类成员的权限。

3.11.2. 私有、保护、公开

C++允许对自定义类型（struct和class）中的成员（数据、函数）及嵌套类型，指定三种访问权限：公开、保护、私有，对应的关键字是：public、protected、private。

*   *  私有/private：只允许在该类型内部进行访问。
     *  保护/protected：允许在该类型，以及其派生类系内部进行访问。
     *  公开/public：允许在该类型及派生类系内部访问，也允许在类型外部进行访问。

为 什么有区分“公开”、“私有”数据呢？这其实也是对真实社会的一种对应。C++的访问规则是针对“类型”而言，为了直观，我们暂时先混淆一下“对象”与“ 类”的区别。比如“人类”有一个“胃”，“胃”数据是典型的“私有”数据。在人的内部，食管、直接连着胃，神经、肌肉控制着胃，但在人的外部，你会允许把 他人把一个苹果直接塞进你的胃吗？我们需要一个“吃东西”的成员函数，那么，“吃东西”就是一个public的成员。

![qsyk][laugth_icon.PNG]〖轻松一刻〗：“胃”真的是“私有数据”吗？

那时——医生把长长的胃镜导管强行从我嘴里塞到我胃里，医生很兴奋地指着屏幕说：看，看，这就是你的贲门……我眼泪哗的下来了——就在那时，我突然意识到，胃应该是人类的私有数据，只不过在医生面前，它被暴力破解了。C++也一样，当你只为图一时方便，想把本应private的数据设置成public时，你应该去医院感受一下胃镜。

不谈胃了，医学我实在了解太少，还是谈社会学吧：Person有一个数据：name。我们来考虑一下，对于人类来说，“姓名”应该是“private”，还是“public”呢？

“当然是公开（public）的！”有些人略作思索，“名字就是要给别人叫的，如果是私有的，那人类取名做何用？”——这个回答似是而非。

如果“姓名”成为“人类”的公开数据，那就意味着在类就外部可以直接修改一个人的姓名。没错，我们其实一直在这么做的，复习一下曾经的代码：

int main() { 003 Person xiaoA; 004 xiaoA.name = "Xiao A"; …… }

我们在main函数里——而不是在Person的内部——通过004行代码，直接修改了xiaoA的名字。认真地考虑现实生活中，最普遍的情况是：名字应该在出生时设定，然后一辈子都不再被修改。C++是如何实现此类逻辑呢？

除了“私有”与“公开”之外，C++还提供夹在二者之间的“保护”访问权限。采用“保护”访问权限的成员，允许在类内部，以及派生类内部访问，而不允许在其它范围内访问。

3.11.3. 语法

struct Person { public: /* 此处成员的访问权限为“公开”; */ protected: /* 引处成员的访问权限为“保护” */ private: /* 此处成员的访问权限为“私有” */ };

在类型定义中，加入访问权限关键字，并以“:”结束。其后所定义的成员，都采用该访问权限，直接到有新的访问权限关键字。

![hint][]〖小提示〗：代码排版风格

1) 本书推荐把public等关键字与 struct 及一对花括号的起始列对齐。

2) 本书推荐以public、protected、private 的次序安排成员。

在本章之前，我们从未使用“**public**、**protected**、**private**”三者之一，但我们的代码一直可以工作，这是因为对于“**struct**”，如果不提供访问权限关键字，则默认采用“public”修饰。也就是说：

struct Person { virtual void Introduction(); string name; };

等同于：

struct Person { public: virtual void Introduction(); string name; };

3.11.4. 应用

新建一个控制台应用项目，命名为“HelloOOEncapsulation”。复制上一小节“HelloOOVirtual” 项目main.cpp的最后代码内容，取代新项目的main.cpp的内容。如有必要，记得将main.cpp的文件编码改为“系统默认”。

首先将Person类型改造成“封装”版。

struct Person { 008 public: Person() { cout << "Wa~Wa~" << endl; } virtual ~Person() { cout << "Wu~Wu~" << endl; } virtual void Introduction() { cout << "Hi, my name is " << name << "." << endl; } 023 private: std::string name; };

区别就在于008行和023行分别添加的“公开”和“私有”的访问权限标志符。

按Ctrl + F9，编译代码……出错了。

![编译出错][tu28.JPG]

(图 28 有关访问权限出错的编译信息)

g++的编译信息在这方面提示得非常明了：24行的 name 成员是“私有”的，但是36行和85行的代码，都试图在Person类之外访问。

双击出错信息中具体某一行，会跳出对应行号的代码。

请先查看“24”行，现在，在派生类（Beauty）中访问基类(Person)的name成员，是非法的了。因为“私有”成员，只允许在当前类中访问，“保护”或“公开”的成员，才允许在派生类中访问。

再跳到“85”行，这回是在main函数内访问，现在，只有“公开”的成员才能满足了。可惜name成员已经被我们限定为Person的私有成员。

这两处的出错代码，还有一样不同，第24行代码要“读”姓名，而85行代码则试图修改姓名。

如何解决这两个问题？我们来为Person提供一个公开的成员函数，专门用来返回name。

struct Person { public: //此处略去构造函数与析构函数 019 string GetName() 020 { 021 return name; 022 } virtual void Introduction() … private: std::string name; };

019~022行，我们为Person类，定义一个名为GetName的成员函数。该函数的返回结果类型为“string”类型，事实上它返回的内容是成员数据：name的值。

接下来，我们修改原036行，现041行处的代码，原来直接访问name，现在改为通过GetName（）函数。

struct Beauty : public Person { virtual ~Beauty() … virtual void Introduction() { 041 cout << "大家好，我是美女: " << GetName() << "，请多多关照！" << endl; } };

再 次编译，编译出错消息少了一半。余的那一个，就是试图在main函数中修改一个新生儿的姓名的问题了。关于这个问题，有两种考虑方案。其一是“宽松型”， 即认为人出生后，可以先不要有名字，并且可以外部修改；其二是“严格型”，即认为人人出生后，就应及时起名，并且不允许外部修改。为了体现“封装”特性， 我们采用第二种。所以我们的做法是，将设置名字这个过程，移到Person的构造函数中去。

struct Person { public: Person() { cout << "Wa~Wa~" << endl; cout << "为这个哇哇哭的人，起个名字吧："; getline(cin, name); } //略去后面代码... }

现 在，构造Person对象时，就会被要求输入姓名。构造Beauty的对象呢？由于派生类的构造函数会自动调用基类的默认构造函数，所以这个过程也将在美 女出生时起作用。如此，在main函数中输入姓名的代码就多余了，我们将它删除掉。另外，在调用自我介绍之前用于提示的那行代码，需要稍做修改。最终完整 代码如下：

#include <iostream> #include <string> using namespace std; struct Person { public: Person() { cout << "Wa~Wa~" << endl; cout << "为这个哇哇哭的人，起个名字吧："; getline(cin, name); } virtual ~Person() { cout << "Wu~Wu~" << endl; } string GetName() { return name; } virtual void Introduction() { cout << "Hi, my name is " << name << "." << endl; } private: std::string name; }; struct Beauty : public Person { virtual ~Beauty() { cout << "wu~wu~人生似蚍蜉、似朝露；似秋天的草，似夏日的花……" << endl; } virtual void Introduction() { cout << "大家好，我是美女: " << GetName() << "，请多多关照！" << endl; } }; int main() { while(true) { Person *someone; cout << "请选择(1/2/3)：" << endl << "1----普通人" << endl << "2----美人" << endl << "3----退出" << endl; int sel = 0; cin >> sel; if (cin.fail()) { cin.clear(); } cin.sync(); if (3 == sel) { break; } if (1 == sel) { someone = new Person; } else if (2 == sel) { someone = new Beauty; } else //用户输入的，即不是１，也不是２，也不是３... { cout << "输入有误吧？请重新选择。" << endl; continue; } cout << someone->GetName() << "的自我介绍：" << endl; someone->Introduction(); delete someone; } return 0; }

3.11.5. 常量成员函数

再次考虑一下“封装”，“封装”的目的之一是为了避免外界对类成员非必要的“访问”。而“访问数据”又可以分成两个操作：“读取数据”和“修改数据”（或者合称为“读写数据”）。

会有些数据，我们既不希望外部“修改”它，也不希望外部“读取”它——比如你的私房钱，你既不想让老婆知道，更不想它被没收。

会有些数据，我们允许外部“读取”它，但不允许外部“修改”它；——比如你们的新婚照，老同学来了，或许你会很开心地影集拿出来供大家“欣赏”，但若有不识相哥们想拿一张回去，并且准备将它PS一下，你一定会严辞拒绝。

至于，允许外部“修改”它，却不允许外部“读取”的它的情况比较少见。

相比两件事：“防止被读取”和“防止被修改”，显然“防止被修改”这件事更为重要。C++也在这方面提供技术保障，允许我们更加关注：“成员数据”是不是被修改了？技术之一就是“常量成员函数”。

请看以下修改过的代码：

struct Person { public: //…… string GetName() { name = "王二麻子"; return name; } //…… }

天啊！成员函数GetName()的本意是读出成员数据name的值，但现在发生了什么？也许是程序员失恋了，也许是程序员喝醉了，也许是二者兼而有之，总之这哥们在代码直接修改了name于是造成了天下人只有一个名字。

C++认为，虽然成员函数，统统允许“访问”成员数据（因为它们同属一个类），但是仍有必要限定某些成员函数只允许“读取”成员数据，而不允许“修改”成员数据。这样的函数，就被称为“常量成员函数”。

定义常量成员函数，只需要函数体开始之前，加入const关键字。比如：

struct Person { public: //…… string GetName() const { name = "王二麻子"; return name; } //…… }

![zuoye][]〖课堂作业〗：感受“常量成员函数”

请打开项目，然后先在GetName()函数中添加将名字设置为“王二麻子”的代码，然后编译，你会发现编译成功了。然后再如上将GetName()改为常量版本，再次编译，这时编译将失败，请按F2查看编译出错信息，理解，并解决问题。

依据“常量成员数据”的定义，不难理解，一个常量成员数据如果要调用类中的其它成员数据，那么要求被调用的函数必须同样是“常量成员函数”。

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白话C++

[Link 1]: http://blog.csdn.net/nanyu/archive/2008/10/03/3014022.aspx
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