C++ 中的结构体和类（Structs vs. Classes）

好的，以下是根据你提供的内容对 C++ 中结构体（struct）和类（class）的讲解。

C++ 中的结构体和类（Structs vs. Classes）

在 C++ 中，struct 和 class 都是用于定义用户自定义数据类型的关键字。它们在语法上几乎等同，都可以包含数据成员和成员函数。然而，在实际开发中，我们通常会为它们赋予不同的语义，以便在定义数据类型时合理选择使用 struct 还是 class。以下是具体的讲解：

1. 基本区别：默认访问权限

• struct：默认访问权限是 public。如果未指定访问修饰符，struct 中的成员（包括数据成员和成员函数）在外部是可直接访问的。
• class：默认访问权限是 private。如果未指定访问修饰符，class 中的成员在外部无法直接访问，必须通过公共接口（如成员函数）来操作。

除了默认访问权限的区别，struct 和 class 在功能上是等价的。但我们通过人为约定为它们添加了不同的使用场景。

2. 使用约定：struct vs. class

根据你提供的内容，以下是选择 struct 或 class 的建议：

• 仅当只有数据时使用 struct
  如果一个数据类型仅仅是数据的集合（即“消极对象”，passive objects），没有额外的行为或成员函数，则应使用 struct 定义。

  • 这种情况下，struct 通常只包含数据成员，可能还包括一些关联的常量（如枚举值或静态常量）。
  • 数据访问通过直接访问成员实现，不需要定义额外的存取函数（如 getter 或 setter）。
  • 允许的成员函数仅限于处理数据成员的基本函数，例如构造函数、析构函数、Initialize()、Reset() 或 Validate()，而不涉及更复杂的行为。
  • 示例：

    struct Point {
        int x;
        int y;
        Point(int x_ = 0, int y_ = 0) : x(x_), y(y_) {}
    };
    // 外部直接访问
    Point p;
    p.x = 10;
    p.y = 20;
    

• 其他情况一概使用 class
  如果数据类型需要更多的函数功能来操作数据，或者需要控制对数据的访问（即封装），则应使用 class 定义。

  • class 更适合需要复杂行为或数据隐藏的场景，通常通过 private 数据成员和 public 成员函数来实现。
  • 如果不确定使用哪一个，直接选择 class 是更安全和通用的做法。
  • 示例：

    class Rectangle {
    private:
        int width;
        int height;
    public:
        Rectangle(int w = 0, int h = 0) : width(w), height(h) {}
        int getArea() const { return width * height; }
        void setWidth(int w) { width = w; }
    };
    // 外部通过函数访问
    Rectangle r;
    r.setWidth(5);
    

这种约定使得代码更具可读性和可维护性：看到 struct 时，开发者可以预期它是一个简单的数据容器；看到 class 时，则可能涉及封装和复杂行为。

3. 与 STL 结合的特殊情况

在 C++ 标准模板库（STL）中，某些场景下可以优先使用 struct 而不是 class：

• 仿函数（functors）
  仿函数是定义了 operator() 的对象，通常用于 STL 算法中。由于仿函数主要是提供行为而非存储状态，使用 struct 可以更简洁地表达其用途。

  • 示例：

    struct Compare {
        bool operator()(int a, int b) const { return a < b; }
    };
    std::sort(v.begin(), v.end(), Compare());
    

• 特性（traits）
  特性是用于描述类型属性的模板技术，通常只包含类型定义或静态成员，而不涉及数据封装，因此也适合使用 struct。

  • 示例：

    struct IsIntegral {
        static const bool value = true;
    };
    

在这些情况下，struct 的默认 public 访问权限更符合其无状态或简单定义的特性。

4. 命名规则的差异

你提供的内容中提到，struct 和 class 的成员变量可能使用不同的命名规则。这是因为：

• struct 的成员：由于通常是 public 的，可以直接访问，因此命名可以更简单直接，例如 x、y。
• class 的成员：由于通常是 private 的，需要通过 getter 和 setter 访问，命名时可能需要考虑与访问函数的协调，例如使用前缀或下划线（如 m_width 或 _width）以区分私有成员。

这种命名差异是编码规范的一部分，具体规则取决于项目或团队的风格。

5. 总结

• struct：
  • 适用于仅有数据成员的简单数据容器。
  • 默认 public 访问权限。
  • 适合消极对象，可能包含基本构造函数等，但不涉及复杂行为。
  • 在 STL 中可用于仿函数和特性。
• class：
  • 适用于需要封装数据和行为的数据类型。
  • 默认 private 访问权限。
  • 如果不确定，直接使用 class。

通过遵循这些约定，我们可以让 C++ 代码更清晰地表达设计意图，提升代码的可读性和可维护性。如果你有更多问题，欢迎随时提问！

希望这个讲解对你有帮助！