概念
在 C++ 中，面向对象编程（OOP）中的数据隐藏是指将对象的内部数据（成员变量）保护起来，只允许通过特定的公共接口（方法）去访问和修改这些数据。这种做法可以确保对象的状态保持一致，防止外部代码意外地修改对象的内部状态，并增加程序的安全性和可维护性。
数据隐藏的主要方法
使用访问修饰符
- C++ 提供了三种访问修饰符：private、protected 和 public。
- private 成员只能在类内部访问，外部无法直接访问。
- protected 成员可以在类及其派生类中访问，但在外部无法访问。
- public 成员可以在任何地方访问。
#include <iostream> class Account {
public: Account(double initial_balance) : balance(initial_balance) {} // 公共接口：存款方法 void deposit(double amount) { if (amount > 0) { balance += amount; } } // 公共接口：取款方法 void withdraw(double amount) { if (amount > 0 && amount <= balance) { balance -= amount; } } // 公共接口：获取账户余额 double getBalance() const { return balance; } private: double balance; // 私有成员，无法在类外直接访问
}; int main() { Account myAccount(100.0); // 创建一个 Account 对象 myAccount.deposit(50.0); // 存款 std::cout << "Balance after deposit: " << myAccount.getBalance() << std::endl; myAccount.withdraw(30.0); // 取款 std::cout << "Balance after withdrawal: " << myAccount.getBalance() << std::endl; // 下面的代码会导致编译错误，因为 balance 是私有的 // std::cout << "直接访问余额: " << myAccount.balance << std::endl; return 0;
}
输出
Balance after deposit: 150
Balance after withdrawal: 120
在这个示例中：
- balance 是一个私有变量，直接在 main 函数中访问该变量会产生编译错误。
- deposit、withdraw 和 getBalance 方法是公共接口，外部代码只能通过这些方法来操作账户余额。这就是一种数据隐藏的实现方式。
使用封装
- 封装是 OOP 的基本原则之一，意味着将数据（属性）和操作这些数据的方法（行为）组合在一起，封装在一个类中。通过封装，可以将对象的内部实现细节隐藏起来，我们可以控制外部对数据的访问，同时提供可靠的接口来与这些数据交互，这样的设计使得程序更加模块化、可维护和可靠。
- 封装的好处在于内聚性强，代码更易于管理，修改内部实现不会影响外部代码，只要公共接口不变。
#include <iostream>
#include <string> class Student {
private: std::string name; // 学生姓名 int age; // 学生年龄 std::string id; // 学生ID public: // 构造函数 Student(const std::string& name, int age, const std::string& id) : name(name), age(age), id(id) {} // 公共方法：获取学生姓名 std::string getName() const { return name; } // 公共方法：设置学生姓名 void setName(const std::string& newName) { name = newName; } // 公共方法：获取学生年龄 int getAge() const { return age; } // 公共方法：设置学生年龄 void setAge(int newAge) { if (newAge > 0) { // 只允许正数年龄 age = newAge; } else { std::cout << "Invalid age." << std::endl; } } // 公共方法：获取学生ID std::string getId() const { return id; } // 公共方法：设置学生ID void setId(const std::string& newId) { id = newId; } // 打印学生信息 void printInfo() const { std::cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << ", ID: " << id << std::endl; }
}; int main() { // 创建学生对象 Student student1("Alice", 20, "S001"); // 打印学生信息 student1.printInfo(); // 修改学生姓名和年龄 student1.setName("Alice Cooper"); student1.setAge(21); // 打印更新后的学生信息 student1.printInfo(); // 尝试设置无效年龄 student1.setAge(-5); // 输出: Invalid age. return 0;
}
输出
Name: Alice, Age: 20, ID: S001
Name: Alice Cooper, Age: 21, ID: S001
Invalid age.
代码解析
1.私有数据成员：
- name、age、id 被声明为私有数据成员。这意味着这些属性只能通过类的公共方
法访问，而不能直接在 main 函数或其他外部代码中访问。
2.公共方法：
- getName()、setName()、getAge()、setAge()、getId()、setId() 和 printInfo() 是公共成员函数，它们提供了对私有数据的访问和修改。这些方法形成了一个安全的接口，通过这个接口，外部代码可以与 Student 对象进行交互。
3.数据验证：
- 在 setAge() 方法中，添加了一个简单的验证，以确保年龄的值为正数。这样可以防止对象处于不一致的状态。
4.构造函数：
- Student 类提供构造函数，方便创建对象时初始化学生的基本信息。
使用友元函数和友元类
- 如果需要某些特定的函数或类访问私有成员，可以通过友元机制实现。这使得特定的函数可以绕过访问控制，但这应谨慎使用，以免破坏数据隐藏的原则。
#include <iostream> class Account {
private: double balance; public: Account(double initial_balance) : balance(initial_balance) {} friend void displayBalance(const Account& account); // 声明友元函数
}; void displayBalance(const Account& account) { std::cout << "Account balance: " << account.balance << std::endl;
} int main() { Account myAccount(200.0); displayBalance(myAccount); // 友元函数可以访问私有成员 return 0;
}
输出
Account balance: 200
在这个示例中，displayBalance 是一个友元函数，友元函数是一个独立于类的函数，但它可以访问类的私有数据。也就是它可以访问 Account 类的私有成员 balance。