18. 資訊隱藏與封裝

• Information Hiding
• Encapsulation
• Access modifiers
• Setters and Getters

在物件導向程式設計裡面有兩個很重要的概念，就是資訊隱藏(information hiding)和封裝(encapsulation)。資訊隱藏是指當一個物件被外界存取的時候，外界無法得知物件內部的運作方式，或者是物件內部使用了哪些私有的資料成員和函式成員。而封裝指的是因為外界無法得知物件內部情形，只能使用物件提供給外界存取的函式，就好像一台有外殼包裝的機器，您只能看到按鈕，看不到裡面的電路板。

要做到資訊隱藏(information hiding)可以使用存取修飾字，讓物件的使用者無法存取內部的資料項目與方法。至於封裝(encapsulation)，則可以透過設計供外界使用的界面來完成。

要達到資訊隱藏和封裝，就一定要了解C++如何控制類別成員(包含資料成員與成員函式)的存取權限。public、protected和private這三個存取修飾字(access modifier)是C++用來控制存取權限的識別字。

就如同字面上的意思，這三個access modifier的意思分別是公開的、被保護的和私有的，分別有著不同的程度的保護層級。

• public是指對存取權限完全的公開，任何物件都可以存取。
• protected的存取是受限的，除了類別自己可以使用外，只有其成員函式與類別的朋友(friend)以及子類別可以存取(關成員函式的朋友及朋友類別後續會再行說明)。
• private是限制最嚴格的access modifier，只有在類別本身內部可以存取。

我們將C++語言提供的三個存取修飾字：public、protected與private，再加上不使用修飾字的話共有四種情形，彙整於table 1

一般來說，我們都會將類別的資料成員和某些只供內部使用的成員函式設為private，然後開放一些成員函式做為和外界溝通的介面，依開放權限的程度可設定這些成員函式為public或者是protected。這樣做的好處就是可以讓類別內部的程式修改不會影響到其它的類別，而其它外界類別因為無法存取類別內部的資料成員，也可以減少不可預知的程式錯誤，進而控制程式除錯的範圍。

我們把定義類別的語法，增加存取修飾字(access modifier)，來限制資料成員與成員函式的使用，其語法如下：

class className
{
private:
  資料成員或成員函式定義;
 
protected:
  資料成員或成員函式定義;
 
public:
  資料成員或成員函式定義;
}

適當地定義存取權限，讓其它程式只能透過我們所開放的method來存取資料成員，可以確保程式碼的正確性與安全性。如果想開放資料成員的存取，我們通常會設計成public的setXXX()與getXXX()成員函式來讓他人使用。

• setters又稱為Mutators，其成員函式命名通常為setXXX()，或是set_XXX()。
• getters又稱為Accessors，其成員函式命名通常為getXXX()，或是get_XXX()。

現在，我們再將Person類別修改如下：

#ifndef _PERSON_
#define PERSON

class Person
{
private:
  string firstname;
  string lastname;

public:
  Person();
  Person(string, string);
  void showInfo();

  void set_firstname(string fn);
  string get_firstname();

  void set_lastname(string ln);
  string get_lastname();
};
#endif

#include <iostream>
#include "person.h"
using namespace std;


Person::Person()
{
}

Person::Person(string fn, string ln)
{
  firstname=fn;
  lastname=ln;
}

void Person::showInfo()
{
  cout << "Name: " << firstname << " " << lastname << endl;
}

void Person::set_firstname(string fn)
{
  firstname=fn;
}

void Person::set_lastname(string ln)
{
  lastname=ln;
}

string Person::get_firstname()
{
  return firstname;
}

string Person::get_lastname()
{
  return lastname;
}

#include <iostream>
#include "person.h"
using namespace std;

int main()
{
  Person *amy = new Person;

  amy->set_firstname("Amy");
  amy->set_lastname("Chang");

  cout << amy->get_firstname() << " " << amy->get_lastname() << endl;
  return 0;
}

讓我們設想一個情形，假設每個「Person」類別的物件有除了名字之外，還有一個「int age」的資料成員，並且我們想要寫一個成員函式「compare()」用以比較兩個「Person」類別的物件誰的年齡比較大：

#ifndef _PERSON_
#define PERSON

class Person
{
private:
  string firstname;
  string lastname;
  int age;
 

public:
  Person();
  Person(string, string);
  void showInfo();

  void set_firstname(string fn);
  string get_firstname();

  void set_lastname(string ln);
  string get_lastname();

  void set_age(int a);
  int get_age();

  Person *compareAge(Person *p2);
  Person &compareAge(Person &p2);
};
#endif

#include <iostream>
#include "person.h"
using namespace std;

Person::Person()
{
}

Person::Person(string fn, string ln)
{
  firstname=fn;
  lastname=ln;
}

void Person::showInfo()
{
  cout << "Name: " << firstname << " " << lastname << endl;
}

void Person::set_firstname(string fn)
{
  firstname=fn;
}

void Person::set_lastname(string ln)
{
  lastname=ln;
}

string Person::get_firstname()
{
  return firstname;
}

string Person::get_lastname()
{
  return lastname;
}

void Person::set_age(int a)
{
  age =a;
}

int Person::get_age()
{
  return age;
}

Person * Person::compareAge(Person *p2)
{
  if(age>(p2->age))
    return this;
  else
    return p2;
}

Person & Person::compareAge(Person &p2)
{
  if(age>(p2.age))
    return *this;
  else
    return p2;
}

#include <iostream>
#include "person.h"
using namespace std;

int main()
{
  Person *amy = new Person;
  Person *tony = new Person;

  amy->set_firstname("Amy");
  amy->set_lastname("Chang");
  amy->set_age(20);

  tony->set_firstname("Tony");
  tony->set_lastname("Wang");
  tony->set_age(10);

  Person *older;

  older = amy->compareAge(tony);
  cout << older->get_firstname() << " "
       << older->get_lastname() << " is older." << endl;

  delete amy;
  delete tony;

  Person p1, p2;
  p1.set_firstname("p");
  p1.set_lastname("1");
  p1.set_age(30);
  p2.set_firstname("p");
  p2.set_lastname("2");
  p2.set_age(45);

  Person &p3=p2;
  p3=p1.compareAge(p2);
  cout << p3.get_firstname() << " "
       << p3.get_lastname() << " is older." << endl;
  return 0;
}