C++ 类与对象：封装特性的实现与实战应用

二、封装的本质：访问权限控制

封装通过访问权限修饰符隐藏内部实现细节，只暴露必要接口，提升安全性和可维护性。C++ 提供三种修饰符，作用域从出现位置开始至下一个修饰符或类结束。

注意：类的默认访问权限是 private，结构体 struct 默认为 public。

2.1 访问权限演示

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

class Person {
    string addr = "北京市"; // 默认 private
private:
    string name;
    int age;
public:
    void setInfo(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }
    void showInfo() {
        cout << "姓名：" << name << " 年龄：" << age << " 地址：" << addr << endl;
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.setInfo("王五", 30);
    p.showInfo();
    // p.name = "赵六"; // 错误：name 是 private 成员
    return 0;
}

三、构造函数与析构函数：生命周期管理

构造函数负责初始化，析构函数负责清理，二者均由编译器自动调用。

3.1 构造函数

构造函数名与类名相同，无返回值类型，支持重载。若未手动定义，编译器生成空参构造函数。

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

class Person {
private:
    string name;
    int age;
public:
    Person() {
        name = "未知";
        age = 0;
    }
    Person(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }
    Person(const Person& p) {
        name = p.name;
        age = p.age;
    }
    void showInfo() {
        cout << "姓名：" << name << " 年龄：" << age << endl;
    }
};

int main() {
    Person p1;              // 空参构造
    Person p2("张三", 20);  // 有参构造
    Person p3(p2);          // 拷贝构造
    p1.showInfo();
    return 0;
}

注意：括号法调用空参构造时，不能写 Person p1()，这会被识别为函数声明。

3.2 析构函数

析构函数以 ~ 开头，无参数无返回值，对象销毁时自动调用。常用于释放动态资源，防止内存泄漏。

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

class Student {
private:
    string* name;
    int age;
public:
    Student(string n, int a) {
        name = new string(n);
        age = a;
    }
    ~Student() {
        if (name != nullptr) {
            delete name;
            name = nullptr;
        }
    }
    void showInfo() {
        cout << "姓名：" << *name << " 年龄：" << age << endl;
    }
};

int main() {
    Student s1("小明", 18);
    Student* s2 = new Student("小红", 17);
    delete s2;
    s2 = nullptr;
    return 0;
}

四、封装实战案例：圆形类设计

需求：设计 Circle 类，隐藏半径直接访问，确保合法性，提供面积周长计算功能。

4.1 设计思路

1. 半径 radius 设为 private。
2. 提供 setRadius 校验输入，getRadius 获取值。
3. 计算面积和周长公式分别为 $S=\pi r^2$ 和 $C=2\pi r$。

4.2 代码实现

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

const double PI = acos(-1.0);

class Circle {
private:
    double radius;
public:
    Circle() : radius(0.0) {}
    Circle(double r) { setRadius(r); }
    
    void setRadius(double r) {
        if (r >= 0) radius = r;
        else {
            cout << "⚠️ 半径不能为负数，默认设置为 0" << endl;
            radius = 0.0;
        }
    }
    double getRadius() { return radius; }
    double getArea() { return PI * radius * radius; }
    double getPerimeter() { return 2 * PI * radius; }
};

int main() {
    Circle c1;
    Circle c2(5.0);
    Circle c3(-3.0);
    c3.setRadius(4.0);
    return 0;
}

五、封装优势与开发规范

封装的核心价值在于数据安全、代码复用、易于维护和接口清晰。

5.1 开发规范建议

• 成员变量尽量设为 private，通过 get/set 方法访问。
• 构造函数保证初始化，避免脏数据。
• 涉及动态内存的类，必须编写析构函数。
• 命名遵循驼峰法则：类名大写开头，成员小写开头。

六、总结

类是属性和行为的抽象，对象是实例。封装通过权限控制隐藏细节。构造函数初始化，析构函数清理资源。合理使用封装能显著提升代码质量。