C++ 类当中为什么要有private？
在 C++ 类设计中，`private` 关键字扮演着一个至关重要的角色，它不仅仅是“隐藏”数据那么简单，更是实现封装、保护数据完整性、维护类内部一致性以及提高代码可维护性和灵活性的基石。如果没有 `private`，面向对象编程的许多核心优势将荡然无存。
我们来剥开 `private` 的层层面纱，看看它究竟是如何工作的，以及为什么它是不可或缺的。
封装的守护者：为什么需要隐藏内部细节？
想象一下你正在使用一个电器，比如一台收音机。你只需要知道如何打开它、调节音量和切换频道。你不需要关心收音机内部复杂的电路板是怎么设计的，晶体管是如何工作的，或者电磁波是如何被接收和转换的。这些都是收音机的“内部实现细节”。
在 C++ 类中，`private` 成员就是这些“内部实现细节”。它们是类为了完成自身功能而需要的组件，但这些组件的直接暴露给外部使用可能会带来很多问题：
1. 防止随意修改，保证数据完整性：
考虑一个表示“银行账户”的类。账户里有“余额”这个重要数据。如果余额是 `public` 的，那么任何外部代码都可以直接修改它，例如：
```c++
BankAccount account;
account.balance = 1000000; // 允许一个负数巨款！
```
这显然是不允许的。余额的修改必须遵循一定的规则，比如只能通过存款或取款操作来改变，并且需要检查余额是否足够进行取款。将 `balance` 声明为 `private`，并提供受控的 `deposit` 和 `withdraw` 方法，可以强制执行这些规则，从而保护数据的完整性。
```c++
class BankAccount {
private:
double balance; // 余额设为私有
public:
BankAccount(double initialBalance) : balance(initialBalance) {}
void deposit(double amount) {
if (amount > 0) {
balance += amount;
// 可能有其他日志记录等操作
}
}
bool withdraw(double amount) {
if (amount > 0 && balance >= amount) {
balance = amount;
// 可能有其他日志记录等操作
return true;
}
return false; // 余额不足或金额无效
}
double getBalance() const { // 提供一个公共接口获取余额
return balance;
}
};
```
通过这种方式，我们确保了余额的任何变化都是通过合法的途径进行的，避免了直接修改带来的潜在错误和逻辑漏洞。
2. 隐藏实现细节，降低耦合度：
当一个类的内部实现发生变化时（比如，为了提高效率而改变了数据存储方式，或者更新了算法），如果它的内部细节是 `public` 的，那么所有依赖于这些细节的外部代码都需要随之修改。这将是一个巨大的维护噩梦。
使用 `private`，我们可以将类的内部实现“隐藏”起来。外部代码只需要关心类提供的公共接口（即 `public` 方法）。如果内部实现发生变化，只要公共接口保持不变，外部代码就无需修改。这就像收音机内部电路更新换代了，但你仍然用同样的方式去操作它，因为按钮和旋钮的功能没有变。
举例来说，一个 `String` 类可能内部使用 `char` 来存储字符串数据。未来，为了优化性能，开发者可能决定改用 `std::vector`。如果 `char` 是 `public` 的，所有使用 `char` 的外部代码都得改。但如果 `char` 是 `private` 的，并且 `String` 类提供了 `length()`, `append()`, `substring()` 等公共方法，那么内部实现的变化对外部是透明的，外部代码根本无需知道底层是用 `char` 还是 `std::vector`。
3. 提高代码的可读性和可理解性：
当一个类的 `public` 接口被设计得简洁明了时，使用这个类的人能够更容易地理解它的用途和如何与之交互。他们不需要去深入研究大量的内部实现代码，只需关注类对外提供的“合同”。`private` 成员就像是类的“助手”，它们的存在是为了服务于公共接口，但不是直接与外部世界打交道的对象。
4. 支持继承和多态的灵活性：
在继承体系中，`private` 成员是不可见的，它们不能被子类直接访问。这有助于维护父类的封装性，防止子类随意破坏父类的内部状态。如果子类需要访问父类的某些私有信息，父类可以通过提供 `protected` 成员或特定的 `public` 方法来允许受控的访问。
对于多态性，`private` 的好处在于，一个派生类可以重写基类的虚函数，但它不能修改基类 `private` 成员的访问权限或行为。这确保了基类自身的封装性在派生过程中得到尊重。
`private` 成员如何与 `public` 成员协同工作？
`private` 成员并不是孤立存在的。它们通过 `public` 成员函数（也称为“访问器”或“mutator”）来进行受控的访问和修改。
Getter 方法（访问器）： 用于获取 `private` 成员的值。通常是 `const` 方法，表示它们不会修改对象的状态。例如上面的 `getBalance()`。
Setter 方法（修改器）： 用于修改 `private` 成员的值。这些方法可以包含验证逻辑，确保修改是合法的。例如上面的 `deposit()` 和 `withdraw()`。
有时，为了允许特定的类或函数访问一个类的私有成员，我们可以使用 `friend` 关键字。`friend` 声明允许指定的外部实体（函数或另一个类）访问该类的 `private` 和 `protected` 成员。但这通常是出于特定设计需求，并且应该谨慎使用，以免破坏封装性。
如果没有 `private` 会怎样？
如果没有 `private`，所有成员默认都是 `public` 的（在C++ 中，如果没有指定访问修饰符，类的成员默认是 `private` 的，但如果是结构体，则默认是 `public` 的。这里我们讨论的是类成员的默认行为与 `private` 的对比）。这意味着：
数据极易被破坏： 任何人都可能直接修改对象的任何状态，导致程序状态混乱，bug 难以追踪。
代码耦合度极高： 内部实现的变化会导致整个系统重写。
维护成本爆炸： 添加新功能或修改现有功能将变得异常困难和危险。
面向对象的核心优势丧失： 封装、信息隐藏这些特性将不复存在。
总结
`private` 关键字是 C++ 中实现面向对象编程强大特性的关键。它通过隐藏类的内部实现细节，保护数据的完整性，降低代码的耦合度，提高代码的可读性和可维护性。通过精心设计的 `public` 接口来与 `private` 成员交互，我们能够构建出健壮、灵活且易于管理的软件系统。
所以，下次当你看到一个 C++ 类中的 `private` 成员时，请记住，它们不仅仅是“隐藏起来”的数据，它们是类设计者为了保证类稳定、可靠、可维护而精心设下的“围墙”，而 `public` 方法就是这些围墙上为外界提供的唯一合法的出入口。
我们来剥开 `private` 的层层面纱，看看它究竟是如何工作的，以及为什么它是不可或缺的。
封装的守护者：为什么需要隐藏内部细节？
想象一下你正在使用一个电器，比如一台收音机。你只需要知道如何打开它、调节音量和切换频道。你不需要关心收音机内部复杂的电路板是怎么设计的，晶体管是如何工作的，或者电磁波是如何被接收和转换的。这些都是收音机的“内部实现细节”。
在 C++ 类中，`private` 成员就是这些“内部实现细节”。它们是类为了完成自身功能而需要的组件，但这些组件的直接暴露给外部使用可能会带来很多问题：
1. 防止随意修改，保证数据完整性：
考虑一个表示“银行账户”的类。账户里有“余额”这个重要数据。如果余额是 `public` 的，那么任何外部代码都可以直接修改它，例如：
```c++
BankAccount account;
account.balance = 1000000; // 允许一个负数巨款！
```
这显然是不允许的。余额的修改必须遵循一定的规则，比如只能通过存款或取款操作来改变，并且需要检查余额是否足够进行取款。将 `balance` 声明为 `private`，并提供受控的 `deposit` 和 `withdraw` 方法，可以强制执行这些规则，从而保护数据的完整性。
```c++
class BankAccount {
private:
double balance; // 余额设为私有
public:
BankAccount(double initialBalance) : balance(initialBalance) {}
void deposit(double amount) {
if (amount > 0) {
balance += amount;
// 可能有其他日志记录等操作
}
}
bool withdraw(double amount) {
if (amount > 0 && balance >= amount) {
balance = amount;
// 可能有其他日志记录等操作
return true;
}
return false; // 余额不足或金额无效
}
double getBalance() const { // 提供一个公共接口获取余额
return balance;
}
};
```
通过这种方式，我们确保了余额的任何变化都是通过合法的途径进行的，避免了直接修改带来的潜在错误和逻辑漏洞。
2. 隐藏实现细节，降低耦合度：
当一个类的内部实现发生变化时（比如，为了提高效率而改变了数据存储方式，或者更新了算法），如果它的内部细节是 `public` 的，那么所有依赖于这些细节的外部代码都需要随之修改。这将是一个巨大的维护噩梦。
使用 `private`，我们可以将类的内部实现“隐藏”起来。外部代码只需要关心类提供的公共接口（即 `public` 方法）。如果内部实现发生变化，只要公共接口保持不变，外部代码就无需修改。这就像收音机内部电路更新换代了，但你仍然用同样的方式去操作它，因为按钮和旋钮的功能没有变。
举例来说，一个 `String` 类可能内部使用 `char` 来存储字符串数据。未来，为了优化性能，开发者可能决定改用 `std::vector
3. 提高代码的可读性和可理解性：
当一个类的 `public` 接口被设计得简洁明了时，使用这个类的人能够更容易地理解它的用途和如何与之交互。他们不需要去深入研究大量的内部实现代码，只需关注类对外提供的“合同”。`private` 成员就像是类的“助手”，它们的存在是为了服务于公共接口，但不是直接与外部世界打交道的对象。
4. 支持继承和多态的灵活性：
在继承体系中，`private` 成员是不可见的，它们不能被子类直接访问。这有助于维护父类的封装性，防止子类随意破坏父类的内部状态。如果子类需要访问父类的某些私有信息，父类可以通过提供 `protected` 成员或特定的 `public` 方法来允许受控的访问。
对于多态性，`private` 的好处在于，一个派生类可以重写基类的虚函数，但它不能修改基类 `private` 成员的访问权限或行为。这确保了基类自身的封装性在派生过程中得到尊重。
`private` 成员如何与 `public` 成员协同工作？
`private` 成员并不是孤立存在的。它们通过 `public` 成员函数（也称为“访问器”或“mutator”）来进行受控的访问和修改。
Getter 方法（访问器）： 用于获取 `private` 成员的值。通常是 `const` 方法，表示它们不会修改对象的状态。例如上面的 `getBalance()`。
Setter 方法（修改器）： 用于修改 `private` 成员的值。这些方法可以包含验证逻辑，确保修改是合法的。例如上面的 `deposit()` 和 `withdraw()`。
有时，为了允许特定的类或函数访问一个类的私有成员，我们可以使用 `friend` 关键字。`friend` 声明允许指定的外部实体（函数或另一个类）访问该类的 `private` 和 `protected` 成员。但这通常是出于特定设计需求，并且应该谨慎使用，以免破坏封装性。
如果没有 `private` 会怎样？
如果没有 `private`，所有成员默认都是 `public` 的（在C++ 中，如果没有指定访问修饰符，类的成员默认是 `private` 的，但如果是结构体，则默认是 `public` 的。这里我们讨论的是类成员的默认行为与 `private` 的对比）。这意味着：
数据极易被破坏： 任何人都可能直接修改对象的任何状态，导致程序状态混乱，bug 难以追踪。
代码耦合度极高： 内部实现的变化会导致整个系统重写。
维护成本爆炸： 添加新功能或修改现有功能将变得异常困难和危险。
面向对象的核心优势丧失： 封装、信息隐藏这些特性将不复存在。
总结
`private` 关键字是 C++ 中实现面向对象编程强大特性的关键。它通过隐藏类的内部实现细节，保护数据的完整性，降低代码的耦合度，提高代码的可读性和可维护性。通过精心设计的 `public` 接口来与 `private` 成员交互，我们能够构建出健壮、灵活且易于管理的软件系统。
所以，下次当你看到一个 C++ 类中的 `private` 成员时，请记住，它们不仅仅是“隐藏起来”的数据，它们是类设计者为了保证类稳定、可靠、可维护而精心设下的“围墙”，而 `public` 方法就是这些围墙上为外界提供的唯一合法的出入口。
网友意见
不清楚为什么要人为添加条件限制访问，这只是编译阶段的限制，编译之后不存在这个限制。为什么不都用public？
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