C++如何使用结构体实现数据封装-C++-PHP中文网

C++中结构体可通过private成员和public接口实现数据封装，如Point示例所示，其与类的核心封装机制相同，主要区别在于默认访问权限：struct成员默认public，class默认private，但功能上等价，选择取决于语义表达与使用场景。

c++如何使用结构体实现数据封装

C++中，结构体（

struct

登录后复制

）同样能实现数据封装，虽然传统上我们更常在类（

class

登录后复制

）中使用

private

登录后复制

关键字来明确地隐藏数据。核心在于，你可以将数据成员和操作这些数据的函数（成员函数）打包在一起，并通过访问修饰符（

public

登录后复制

private

登录后复制

protected

登录后复制

）来控制外部对这些成员的访问权限。这样一来，数据的内部实现细节就被隐藏起来，外部只能通过预设的接口（

public

登录后复制

成员函数）来与数据交互，从而保证了数据的一致性和安全性。

解决方案

要让C++的结构体实现数据封装，关键在于利用访问修饰符。虽然

struct

登录后复制

默认的成员访问权限是

public

登录后复制

，但我们完全可以在

struct

登录后复制

内部显式地声明

private

登录后复制

或

protected

登录后复制

成员。

设想我们正在构建一个简单的

Point

登录后复制

（点）结构，它有X和Y坐标。如果直接将X和Y设为

public

登录后复制

，外部代码可以随意修改它们，这可能导致一些不合法的状态，比如坐标值超出了预期的范围，或者我们希望在修改坐标时执行一些额外的逻辑（如更新UI、触发事件等）。

为了封装，我们可以这样做：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

#include <iostream>

struct Point {
private: // 私有成员，外部无法直接访问
    double x_coord;
    double y_coord;

public:  // 公有成员，外部可以通过这些接口与Point交互
    // 构造函数：初始化点，并可以进行一些初步的校验
    Point(double x = 0.0, double y = 0.0) : x_coord(x), y_coord(y) {
        // 可以在这里添加一些初始化时的逻辑或校验
        if (x < -1000 || x > 1000 || y < -1000 || y > 1000) {
            std::cerr << "Warning: Point coordinates out of typical range." << std::endl;
        }
    }

    // 获取X坐标的函数（getter）
    double getX() const {
        return x_coord;
    }

    // 获取Y坐标的函数（getter）
    double getY() const {
        return y_coord;
    }

    // 设置X坐标的函数（setter），可以在这里添加校验逻辑
    void setX(double newX) {
        if (newX >= -1000 && newX <= 1000) { // 简单校验
            x_coord = newX;
        } else {
            std::cerr << "Error: Invalid X coordinate value." << std::endl;
        }
    }

    // 设置Y坐标的函数（setter），可以在这里添加校验逻辑
    void setY(double newY) {
        if (newY >= -1000 && newY <= 1000) { // 简单校验
            y_coord = newY;
        } else {
            std::cerr << "Error: Invalid Y coordinate value." << std::endl;
        }
    }

    // 移动点的方法
    void move(double deltaX, double deltaY) {
        setX(x_coord + deltaX); // 通过setter来修改，确保校验逻辑被执行
        setY(y_coord + deltaY);
    }

    void display() const {
        std::cout << "Point coordinates: (" << x_coord << ", " << y_coord << ")" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Point p1(10.5, 20.3);
    p1.display(); // 输出: Point coordinates: (10.5, 20.3)

    p1.setX(15.0);
    p1.display(); // 输出: Point coordinates: (15, 20.3)

    p1.setY(10000.0); // 尝试设置一个无效值
    p1.display(); // 输出: Error: Invalid Y coordinate value. Point coordinates: (15, 20.3) (Y值未改变)

    p1.move(5.0, -2.0);
    p1.display(); // 输出: Point coordinates: (20, 18.3)

    // p1.x_coord = 30.0; // 编译错误：'double Point::x_coord' is private

    return 0;
}

登录后复制

在这个例子中，

x_coord

登录后复制

和

y_coord

登录后复制

被声明为

private

登录后复制

，外部代码无法直接访问或修改它们。我们提供了

public

登录后复制

的

getX()

登录后复制

getY()

登录后复制

setX()

登录后复制

setY()

登录后复制

以及

move()

登录后复制

成员函数作为接口。通过

setX()

登录后复制

和

setY()

登录后复制

，我们可以在修改数据前加入校验逻辑，确保数据的有效性。这就是数据封装的魅力所在——它将数据与操作数据的方法捆绑在一起，并控制对数据的直接访问，从而保护了对象的内部状态。

结构体与类在数据封装上的异同点是什么？

在C++中，

struct

登录后复制

和

class

登录后复制

在实现数据封装方面，核心机制几乎是完全相同的。它们都能拥有数据成员和成员函数，也都能使用

public

登录后复制

、

private

登录后复制

和

protected

登录后复制

这些访问修饰符来控制成员的可见性。然而，它们之间确实存在一些微妙但重要的默认行为差异，这些差异往往影响着我们在不同场景下的选择。

最主要的区别在于默认的成员访问权限：

struct
登录后复制
的成员默认是
public
登录后复制
的。这意味着如果你不显式地指定访问修饰符，
```
struct
```
登录后复制
中的所有数据成员和成员函数都会被视为
```
public
```
登录后复制
，外部代码可以直接访问。
class
登录后复制
的成员默认是
private
登录后复制
的。这与
```
struct
```
登录后复制
恰好相反，如果你不指定访问修饰符，
```
class
```
登录后复制
中的所有成员都会被视为
```
private
```
登录后复制
，外部代码无法直接访问。

这个默认行为的差异，直接影响了我们对“封装”的心理预期和编码习惯。当我们使用

class

登录后复制

时，通常是从“隐藏一切”的思维模式出发，然后逐步开放必要的

public

登录后复制

接口。而使用

struct

登录后复制

时，我们可能倾向于“默认开放”，只有在需要严格封装时才去显式地添加

private

登录后复制

关键字。

另一个相关的差异体现在默认的继承访问权限上：

当一个
```
struct
```
登录后复制
从另一个
```
struct
```
登录后复制
或
```
class
```
登录后复制
继承时，默认的继承方式是
```
public
```
登录后复制
继承。
当一个
```
class
```
登录后复制
从另一个
```
struct
```
登录后复制
或
```
class
```
登录后复制
继承时，默认的继承方式是
```
private
```
登录后复制
继承。

尽管存在这些默认行为上的差异，但从功能层面讲，

struct

登录后复制

和

class

登录后复制

是等价的。你完全可以在

struct

登录后复制

中声明

private

登录后复制

成员，实现与

class

登录后复制

完全相同的封装效果，反之亦然。它们在运行时性能上也没有任何区别。很多时候，选择使用

struct

登录后复制

还是

class

登录后复制

，更多的是一种约定俗成和语义表达。

struct

登录后复制

常被用于表示“纯数据集合”或“POD类型”（Plain Old Data），即那些主要用于存储数据，行为相对简单，或者需要与C语言兼容的数据结构。而

class

登录后复制

则更常用于表示具有复杂行为和严格封装要求，以及面向对象特性（如多态）的实体。但从技术实现数据封装的角度，它们都是可靠的工具。

为什么需要数据封装？它解决了哪些实际问题？

数据封装是面向对象编程（OOP）的三大基石之一（另两个是继承和多态），它的重要性不言而喻。简单来说，数据封装就像给你的数据穿上了一层保护壳，并提供了一扇门，你只能通过这扇门来访问或修改数据，而不是直接触碰数据本身。这解决了许多实际开发中的痛点：

即构数智人

即构数智人是由即构科技推出的AI虚拟数字人视频创作平台，支持数字人形象定制、短视频创作、数字人直播等。

查看详情

首先，也是最核心的一点，它保护了数据的完整性和有效性。想象一下，如果一个

BankAccount

登录后复制

对象的

balance

登录后复制

（余额）可以直接被外部代码随意修改，那么就可能出现负余额、不合理的存款/取款等问题，导致数据混乱。通过封装，我们可以将

balance

登录后复制

设为

private

登录后复制

，然后提供

public

登录后复制

的

deposit()

登录后复制

和

withdraw()

登录后复制

方法。在这些方法内部，我们可以加入严格的逻辑检查（比如取款前检查余额是否充足），确保任何操作都符合业务规则，从而维护了数据的正确性。

其次，数据封装隐藏了实现细节，降低了模块间的耦合度。当数据的内部表示发生变化时，如果数据是封装的，那么只需要修改内部实现和

public

登录后复制

接口的实现即可，外部使用这些接口的代码无需改动。例如，

Point

登录后复制

结构体内部的坐标存储方式，最初可能是

double x, double y;

登录后复制

，未来可能为了性能或精度考虑，改为

struct { int rawX; int rawY; }

登录后复制

，或者使用一个数组

double coords[2];

登录后复制

。只要

getX()

登录后复制

和

getY()

登录后复制

等

public

登录后复制

接口的签名和语义不变，外部调用者根本不会察觉到这种变化，也无需修改自己的代码。这大大提高了代码的可维护性和可扩展性。

再者，它简化了复杂性，提升了代码的可读性。通过封装，我们将相关的数据和操作这些数据的方法组织在一起，形成了一个逻辑上独立的单元。外部使用者无需关心这个单元内部是如何工作的，只需要知道它提供了哪些功能接口，以及如何使用它们。这使得代码的结构更加清晰，每个对象都有明确的职责，从而降低了整个系统的认知负担。

最后，封装还有助于团队协作。在一个大型项目中，不同的开发人员可能负责不同的模块。通过封装，每个模块的内部实现细节对其他模块是隐藏的，这减少了模块间的相互依赖和潜在的冲突。开发人员可以专注于自己负责的模块，而不用担心无意中破坏了其他模块的内部状态，从而提高了开发效率和项目的稳定性。

总而言之，数据封装就像是软件设计中的一种“契约”——对象承诺通过其

public

登录后复制

接口提供特定的服务，而其内部实现则是私有的，不应被外部直接干预。这确保了软件的健壮性、灵活性和长期可维护性。

在实际项目中，何时优先选择结构体而非类进行数据封装？

尽管

class

登录后复制

是C++中实现面向对象和封装的“主力军”，但在某些特定的实际项目场景中，

struct

登录后复制

可能会是更自然、更合适的选择，即使我们仍然需要对其进行一定程度的数据封装。这通常基于以下几个考量：

一个非常常见的场景是处理“纯数据聚合体”（Plain Old Data, POD），或者说是那些主要用于存储数据，行为非常简单，甚至没有自定义构造函数、析构函数、虚函数等特性的类型。当你的数据结构只是为了把几个相关的数据项捆绑在一起，并且这些数据项在逻辑上是紧密关联的，而对其的操作也相对直白时，使用

struct

登录后复制

会显得更轻量级、更直观。例如，一个表示颜色的

RGB

登录后复制

值，或者一个表示三维向量的

Vector3D

登录后复制

，它们可能只是包含三个浮点数，并提供简单的加减乘除操作。在这种情况下，即使我们为它们提供了

private

登录后复制

成员和

public

登录后复制

的getter/setter，

struct

登录后复制

的语义也更贴合“数据容器”的本质。

其次，当需要与C语言代码进行互操作时，

struct

登录后复制

通常是首选。C语言本身没有

class

登录后复制

的概念，但它有

struct

登录后复制

。如果你的C++代码需要定义一个数据结构，然后将其传递给C函数，或者从C函数接收数据，那么使用

struct

登录后复制

可以确保二进制兼容性。在这种情况下，虽然C++的

struct

登录后复制

可以有成员函数和访问修饰符，但在与C代码交互时，我们通常会避免在

struct

登录后复制

中添加复杂的C++特有功能，而更多地将其视为一个纯粹的数据布局。

再者，当数据结构被设计为值类型（Value Type）时，

struct

登录后复制

也是一个不错的选择。值类型通常是指那些复制时会创建独立副本的对象，它们没有身份（identity）的概念，只关注其所代表的值。例如，一个

Date

登录后复制

（日期）或者一个

Time

登录后复制

（时间）。当你复制一个

Date

登录后复制

对象时，你通常希望得到一个新的、独立的日期对象，而不是一个指向原日期对象的引用。虽然

class

登录后复制

也可以实现值语义（通过自定义拷贝构造函数和赋值运算符），但

struct

登录后复制

的默认行为（按位复制）在很多简单值类型场景下是自然且高效的。对于这类值类型，我们仍然会封装其内部数据（比如

year

登录后复制

month

登录后复制

day

登录后复制

），并提供

public

登录后复制

的校验和操作方法，但

struct

登录后复制

的默认

public

登录后复制

成员和值语义，使得它在概念上更贴近这种“数据即值”的表达。

最后，有时这仅仅是一种编码风格或团队约定。有些团队会约定，对于那些内部数据默认可以

public

登录后复制

访问（或者只进行简单封装），且行为相对简单的聚合体，使用

struct

登录后复制

；而对于那些需要严格封装、拥有复杂行为、或者涉及继承和多态的实体，则使用

class

登录后复制

。这种约定有助于提高代码的一致性和可读性，让开发者一眼就能对一个类型的功能和预期行为有个大致的判断。

所以，选择

struct

登录后复制

还是

class

登录后复制

，并非绝对的优劣之分，更多的是一种语义上的考量和场景的匹配。当我们强调数据聚合的本质、需要C兼容性、或者处理值类型时，即使要进行封装，

struct

登录后复制

也能很好地完成任务，并且在代码的意图表达上可能更为清晰。

以上就是C++如何使用结构体实现数据封装的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！

大家都在看：

c++ 模板类和模板函数怎么使用_c++泛型编程与模板用法示例 C++如何获取文件大小_C++文件操作与文件大小获取方法 c++ 怎么分割字符串split_c++字符串分割方法与常用实现方式 c++怎么使用C++23的新特性_c++语言最新标准功能汇总与示例 c++中map的用法_C++键值映射容器map详解