C++--数据抽象和数据封装

1.数据抽象的概念

1.1访问标签的概念

1.2数据抽象的好处

2.数据封装

3.c++接口（抽象类）

3.1抽象类的定义

3.2 示例代码

3.3关键点总结

1.数据抽象的概念

数据抽象强调隐藏实现细节，只展示用户需要关注的信息。通过这种方式，用户可以专注于如何使用数据而不是如何实现这些数据。例如，操作一台电视机时，用户只需使用遥控器按钮，而不需要理解其内部电子电路如何工作。

1.1访问标签的概念

C++ 中的访问标签分为三种：

public：公有成员可以被任何其他代码访问。这通常用于定义类的接口，允许用户与类进行交互。
private：私有成员只能在类的内部访问。这是数据抽象的核心，防止外部代码直接修改对象的状态，从而避免意外错误。
protected：受保护的成员可以被类及其派生类访问。这在继承时尤其有用，但对外部代码仍然是不可见的。

#include <iostream>

class BankAccount {
private:
    double balance; // 私有成员，隐藏实现细节

public:
    // 构造函数
    BankAccount(double initialBalance) : balance(initialBalance) {}

    // 公有方法，用于存款
    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
        }
    }

    // 公有方法，用于取款
    void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
        }
    }

    // 公有方法，用于查询余额
    double getBalance() const {
        return balance;
    }
};

int main() {
    BankAccount account(100.0);
    account.deposit(50.0);
    account.withdraw(30.0);
    
    std::cout << "Current Balance: " << account.getBalance() << std::endl; // 输出: Current Balance: 120

    // 直接访问 balance 会导致编译错误
    // std::cout << account.balance << std::endl; // 这一行将无法编译

    return 0;
}

1.2数据抽象的好处

保护类的内部状态：
通过将数据成员设为私有，类的内部实现不会受到外部代码的干扰。这防止了因不当访问导致的状态损坏。例如，用户无法直接修改 balance，必须通过 deposit() 和 withdraw() 方法来操作。
实现的灵活性：
当实现需求变化时（如需要更改余额计算的逻辑），只需在类的内部进行修改，而不影响使用该类的外部代码。只要公共接口保持不变，外部代码无需任何修改。例如，如果需要记录交易历史，可以在 deposit() 和 withdraw() 方法中添加新的功能，而无需改变外部代码如何与 BankAccount 交互。

2.数据封装

数据封装是面向对象编程（OOP）的核心原则之一，它涉及将数据（成员变量）和对数据进行操作的函数（成员函数）捆绑在一起。封装的主要目的包括：

安全性：通过控制对数据的访问，防止外部代码直接修改内部状态，从而减少潜在的错误和不一致性。

模块化：将数据和操作逻辑组合成一个单独的模块，便于管理和维护。

易用性：提供清晰的接口，使用户能够轻松使用类的功能，而无需了解内部实现。

3.c++接口（抽象类）

3.1抽象类的定义

抽象类是包含至少一个纯虚函数的类。纯虚函数是通过在函数声明后添加 = 0 来指定的。由于存在纯虚函数，抽象类无法被实例化，只能作为基类使用。

3.2 示例代码

#include <iostream>

// 定义一个抽象类
class Shape {
public:
    // 纯虚函数，描述计算面积的接口
    virtual double area() const = 0; 

    // 纯虚函数，描述计算周长的接口
    virtual double perimeter() const = 0; 

    // 虚析构函数，确保派生类的析构函数被调用
    virtual ~Shape() {}
};

// 具体类，继承自抽象类
class Rectangle : public Shape {
private:
    double width, height;

public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

    // 实现纯虚函数
    double area() const override {
        return width * height;
    }

    double perimeter() const override {
        return 2 * (width + height);
    }
};

// 另一个具体类，继承自抽象类
class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

public:
    Circle(double r) : radius(r) {}

    // 实现纯虚函数
    double area() const override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }

    double perimeter() const override {
        return 2 * 3.14159 * radius;
    }
};

int main() {
    // 无法实例化 Shape 类
    // Shape shape; // 编译错误

    // 使用具体类
    Shape* rect = new Rectangle(10.0, 5.0);
    Shape* circ = new Circle(3.0);

    std::cout << "Rectangle area: " << rect->area() << std::endl;
    std::cout << "Circle area: " << circ->area() << std::endl;

    delete rect;
    delete circ;

    return 0;
}