C++語言學(xué)習(xí)（三）——封裝（Encapsulation）

一、封裝簡介

C語言等面向過程編程中，數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的相關(guān)操作函數(shù)都是分離的獨(dú)立個(gè)體；在C++等面向?qū)ο缶幊讨?，?shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的相關(guān)操作被設(shè)計(jì)為對象，對象包括屬性（數(shù)據(jù)）和操作（函數(shù)），兩者共同構(gòu)成對象實(shí)體（即類實(shí)體）。面向?qū)ο缶幊淌钩绦蚋K化，更易讀易寫，提升了代碼重用到一個(gè)更高的層次。
面向?qū)ο缶幊讨?，?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的操作封裝為了對象。封裝可以隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，使得代碼模塊化，是把過程和數(shù)據(jù)包圍起來，對數(shù)據(jù)的訪問只能通過已定義的接口。
封裝是一種對外提供服務(wù)的模型，封裝模型是對世間萬物的個(gè)體抽象。
封裝的訪問屬性如下：
訪問屬性屬性對象內(nèi)部對象外部
public 公有可訪問可訪問
protected 保護(hù) 可訪問不可訪問
private 私有可訪問不可訪問
C語言中，struct中所有行為和屬性都是public的(默認(rèn))，既可以使用接口，又可以直接訪問其內(nèi)部數(shù)據(jù)，沒有屏蔽內(nèi)部數(shù)據(jù)。
C++語言中，強(qiáng)化了C語言的封裝特性，struct、class可以指定行為和屬性的訪問方式，對內(nèi)開放數(shù)據(jù)，對外屏蔽數(shù)據(jù)，對外提供接口。

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二、C語言的封裝

C語言中，通常使用模塊化進(jìn)行封裝。
stack的C語言實(shí)現(xiàn)：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct stack
{
    char space[1024];
    int top;
}stack;

void stack_init(stack *st)
{
    st->top = 0;
    memset(&st->space, 0, sizeof(st->space));
}

int is_empty(stack *st)
{
    return st->top == 0;
}
int is_full(stack *st)
{
    return st->top == 1024;
}

char pop(stack *st)
{
    return st->space[--st->top];
}

void push(stack *st, char c)
{
    st->space[st->top++] = c;
}

int main(void)
{
    stack st;
    stack_init(&st);
    unsigned int i;
    for(i = 'a'; i < ('z' + 1); i++)
    {
        if(!is_full(&st))
            push(&st, i);
    }
    for(i = 'a'; i < ('z' + 1); i++)
    {
        printf("%c\n", pop(&st));
    }
    return 0;
}

C語言中封裝的struct的數(shù)據(jù)成員是可以被外部調(diào)用修改的。

三、C++語言的封裝

1、C++語言的封裝

C++語言強(qiáng)化了C語言的封裝，在類的表示法中定義了屬性和行為的訪問級別。
C++語言中，用于表示類屬性的變量為成員變量；用于表示類行為的函數(shù)為成員函數(shù)。C++語言中，可以對類的成員變量和成員函數(shù)定義訪問級別。
public：使用public關(guān)鍵字聲明的類的成員變量和成員函數(shù)可以在類的內(nèi)部和外部訪問與調(diào)用
private：使用private關(guān)鍵字聲明的類的成員變量和成員函數(shù)只能在類的內(nèi)部訪問和調(diào)用
protected：使用protected關(guān)鍵字聲明的類的成員變量和成員函數(shù)只能在本類以及派生子類的內(nèi)部訪問和調(diào)用。
類的成員的作用域只在類的內(nèi)部，外部不能直接訪問。類的成員函數(shù)可以直接訪問成員變量和調(diào)用成員函數(shù)。類的外部可以通過類對象訪問public成員。
C++語言中，struct定義的類中成員的默認(rèn)訪問權(quán)限為public，class定義的類中成員的默認(rèn)訪問權(quán)限為private。

2、C++語言的struct

C++語言中，對struct關(guān)鍵字進(jìn)行了擴(kuò)展，struct已經(jīng)不只是C語言中變量集合的struct，C++語言中的struct不僅可以定義成員函數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)繼承和多態(tài)。與C語言中的struct一樣，C++語言中使用struct定義類時(shí)，成員的默認(rèn)訪問級別為public。

#include <iostream>

using namespace std;

struct Person
{
    const char* name;
    int age;
    virtual void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old.\n",name,age);
    }
};
//默認(rèn)繼承訪問權(quán)限為public
struct Student : Person
{
    void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old."
               "My score is %d\n",name,age,score);
    }
    void setScore(const int n)
    {
        score = n;
    }
private:
    int score;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Person p;
    p.name = "Bob";
    p.age = 30;
    p.print();
    Student s;
    s.name = "Bauer";
    s.age = 20;
    s.setScore(98);
    s.print();
    dynamic_cast<Person*>(&s)->print();
    return 0;
}

3、C++語言的class

由于C++語言的struct需要兼容C語言的struct，C++語言使用新的class關(guān)鍵字定義類。使用class定義類時(shí)，成員的默認(rèn)訪問級別為private。
C++中的類支持聲明和實(shí)現(xiàn)的分離，將類的定義和實(shí)現(xiàn)分開，通常.h頭文件中只有類的聲明，包括成員變量和成員函數(shù)的聲明；.cpp源文件中完成類的成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

#include <iostream>

using namespace std;

class Person
{
public:
    const char* name;
    int age;
    virtual void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old.\n",name,age);
    }
};

class Student : public Person
{
public:
    void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old."
               "My score is %d\n",name,age,score);
    }
    void setScore(const int n)
    {
        score = n;
    }
private:
    int score;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Person p;
    p.name = "Bob";
    p.age = 30;
    p.print();
    Student s;
    s.name = "Bauer";
    s.age = 20;
    s.setScore(98);
    s.print();
    dynamic_cast<Person*>(&s)->print();
    return 0;
}

4、C++語言struct與class的區(qū)別

C++語言中struct與class最本質(zhì)的區(qū)別如下：
A、默認(rèn)訪問權(quán)限不同。struct默認(rèn)的訪問權(quán)限是public的，class默認(rèn)的訪問權(quán)限是private的。
B、默認(rèn)繼承訪問權(quán)限不同。struct默認(rèn)的繼承訪問權(quán)限是public的，class默認(rèn)的繼承訪問權(quán)限是private的。
C、class可用作定義模板參數(shù)的關(guān)鍵字，而struct不可以。
C++語言中，繼承時(shí)如果沒有指定繼承訪問權(quán)限，默認(rèn)繼承訪問權(quán)限是public繼承還是private繼承，取決于子類而不是基類。struct可以繼承class，class也可以繼承struct，默認(rèn)的繼承訪問權(quán)限取決于子類是struct還是class，如果子類使用struct聲明，默認(rèn)繼承訪問權(quán)限是public；如果子類使用class聲明，默認(rèn)繼承訪問權(quán)限是private。

#include <iostream>

using namespace std;

class Person
{
public:
    const char* name;
    int age;
    virtual void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old.\n",name,age);
    }
};
//默認(rèn)繼承訪問權(quán)限為public
struct Student : public Person
{
public:
    void print()
    {
        printf("My name is %s, I'm is %d years old."
               "My score is %d\n",name,age,score);
    }
    void setScore(const int n)
    {
        score = n;
    }
private:
    int score;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Person p;
    p.name = "Bob";
    p.age = 30;
    p.print();
    Student s;
    s.name = "Bauer";
    s.age = 20;
    s.setScore(98);
    s.print();
    dynamic_cast<Person*>(&s)->print();
    return 0;
}

5、C++語言封裝示例

C++類實(shí)現(xiàn)stack：
stack.h源碼:

#ifndef STACK_H
#define STACK_H

class stack
{
public:
    stack();
    bool is_empty();
    bool is_full();
    void push(char c);
    char pop();
private:
    char space[1024];
    unsigned int top;
};

#endif // STACK_H

stack.cpp源碼：

#include "stack.h"
#include <string.h>

stack::stack()
{
    top = 0;
    memset(space, 0, sizeof(space));
}

bool stack::is_empty()
{
    return top == 0;
}

bool stack::is_full()
{
    return top == 1024;
}

void stack::push(char c)
{
    space[top++] = c;
}

char stack::pop()
{
    return space[--top];
}

main.cpp源碼：

#include <iostream>
#include "stack.h"
#include <string.h>
using namespace std;

int main()
{
    stack st;
    unsigned int i;
    for(i = 'a'; i < 'z' + 1; i++)
    {
        if(!st.is_full())
            st.push(i);
    }
    for(i = 'a'; i < 'z' + 1; i++)
    {
        cout<<st.pop()<<endl;
    }
    return 0;
}

C++語言中封裝的class stack中數(shù)據(jù)成員是private的，對于外部不可訪問，通過設(shè)置數(shù)據(jù)成員和操作方法的訪問權(quán)限，可以對外部開放、屏蔽數(shù)據(jù)成員和操作方法。C++通過定義類成員的訪問級別實(shí)現(xiàn)封裝機(jī)制。C++語言中類支持聲明和實(shí)現(xiàn)的分離，在頭文件中聲明類，在源文件中實(shí)現(xiàn)類。

當(dāng)前題目：C++語言學(xué)習(xí)（三）——封裝（Encapsulation）
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