C++封装

在 C++ 中，封装是面向对象编程的三大核心特性之一（封装、继承、多态），其核心思想“将数据（成员变量）和操作数据的方法（成员函数）捆绑在一起，并隐藏内部实现细节，仅通过公开的接口与外界交互”**。

一、封装的本质：数据隐藏与接口暴露

封装的目的是保护数据的安全性和降低代码的耦合度：

隐藏内部细节：将类的核心数据（成员变量）和实现逻辑设为私有（private），防止外界直接修改或误操作。
暴露安全接口：通过公开的成员函数（public）提供对数据的访问和操作，这些接口可以包含校验逻辑，确保数据的合法性。

二、封装的实现：访问修饰符

C++ 通过访问修饰符（public、private、protected）实现封装，控制类成员的访问权限：

private（私有）：仅类内部的成员函数可访问，外界（包括派生类）无法直接访问。
public（公有）：类内部、外界、派生类均可访问，通常用于定义对外接口。
protected（保护）：类内部和派生类可访问，外界不可访问（主要用于继承场景）。

三、封装的示例：学生类

以“学生”类为例，封装学生的“学号”（不可修改）和“成绩”（可修改但需校验）：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
private:
    // 私有成员：数据隐藏（外界不可直接访问）
    int id;         // 学号（一旦确定不可修改）
    double score;   // 成绩（需在0-100之间）
    string name;    // 姓名

public:
    // 公有接口：对外暴露的操作方法
    // 1. 构造函数：初始化私有成员（唯一设置学号的地方）
    Student(int studentId, string studentName) : id(studentId), name(studentName) {
        score = 0;  // 初始成绩为0
    }

    // 2. 读取学号（仅提供读接口，不提供写接口，保证学号不可改）
    int getId() const {
        return id;
    }

    // 3. 读取和设置成绩（设置时带校验逻辑）
    double getScore() const {
        return score;
    }

    void setScore(double s) {
        // 校验成绩合法性：仅当0<=s<=100时才更新
        if (s >= 0 && s <= 100) {
            score = s;
        } else {
            cout << "成绩无效（必须在0-100之间）" << endl;
        }
    }

    // 4. 读取和设置姓名
    string getName() const {
        return name;
    }

    void setName(string n) {
        name = n;
    }
};

int main() {
    Student s(1001, "Alice");  // 创建对象，初始化学号和姓名

    // 正确：通过公有接口访问和操作数据
    s.setName("Alice Smith");       // 修改姓名
    s.setScore(95);                 // 设置有效成绩
    cout << "学号：" << s.getId() << endl;    // 读取学号
    cout << "姓名：" << s.getName() << endl;  // 读取姓名
    cout << "成绩：" << s.getScore() << endl; // 读取成绩

    // 错误：直接访问私有成员（编译报错，体现封装的保护作用）
    // s.id = 1002;       // 无法修改学号
    // s.score = -5;      // 无法直接设置无效成绩

    // 测试无效成绩
    s.setScore(150);  // 输出：成绩无效（必须在0-100之间）
    return 0;
}

四、封装的核心优势

数据安全：
私有成员无法被外界直接修改，只能通过公开接口操作，而接口可以包含校验逻辑（如成绩必须在0-100之间），避免数据被非法篡改。
隐藏实现细节：
外界只需知道如何通过接口使用类（如调用 setScore 设置成绩），无需关心类内部如何存储和处理数据（如成绩的存储方式）。如果后续修改内部实现（如将 score 改为 int 类型），只要接口不变，外界代码无需修改。
降低耦合度：
类的内部变化不会影响依赖它的外部代码，减少了代码间的关联，提高了代码的可维护性。
代码复用：
封装好的类可以作为独立模块被多次复用（如上述 Student 类可在成绩管理系统的多个地方使用）。