C++中的结构体和成员函数 vs. 具有公共变量的类

Question

这实际上是关于良好形式/最佳实践的问题。我在C++中使用结构体来形成对象，这些对象旨在基本上保存数据，而不是制作具有大量get/set值方法但除此之外无任何作用的类。例如：

struct Person {
    std::string name;
    DateObject dob;
    (...)
};

如果你想象一下还有20个变量，那么将其写成一个带有私有成员和40多个访问器的类会让管理变得很麻烦，并且对我来说似乎有些浪费。

然而，有时候我可能需要给数据添加一些最基本的功能。在这个例子中，例如，假设我有时需要根据出生日期计算年龄:

struct Person {
    std::string name;
    DateObject dob;
    (...)
    int age() {return calculated age from dob;}
}

当然，对于任何复杂的功能，我都会创建一个类，但对于像这样的简单功能，这样做是否是“糟糕的设计”？如果我使用类，将数据变量保留为公共类成员是不好的形式，还是需要接受并创建大量访问器方法的类？我了解类和结构之间的区别，我只是想问最佳实践。

- amnesia

---

编写访问器方法（getter/setter）是一个好主意。如果你只是简单地谷歌一下，你可能会找到大量关于这个话题的讨论。提示：大多数集成开发环境都提供自动生成getter和setter的功能。 - Sebastian Hoffmann

class和struct类型的区别在于，class的默认访问控制是private，而struct的默认访问控制是public。在创建类型之外使用这些关键字可能略有不同...但你似乎在将很多精力投入到struct和class这两个词在类型中的区别上。它可以用于特定项目的文档，但这是项目特定的。 - Yakk - Adam Nevraumont

还有一个免费函数的选项 int age(const Person& person)。并不是所有的东西都必须是具有方法的对象。 - molbdnilo

可能是https://dev59.com/Q3A75IYBdhLWcg3wSm64?rq=1的重复问题。 - Polar

Answer 1

我认为在这里考虑两个重要的设计原则：

1. 如果某个类存在不变式，通过接口隐藏该类的表示。

   当某个类存在不变式时，就存在一些无效状态。该类应始终保持其不变式。

   考虑一个代表2D几何点的Point类型。这只是一个具有公共x和y数据成员的struct。不存在无效点。每种x和y值的组合都是完全正常的。

   对于Person而言，它是否具有不变式完全取决于手头问题。例如，空名称是否算作有效名称？Person 可以具有任何出生日期吗？对于您的情况，我认为答案是肯定的，因此您的类应该保持成员公开。

   参见：Classes Should Enforce Invariants

2. 非友元非成员函数可以提高封装性。

   没有理由将age函数实现为成员函数。通过Person的公共接口可以计算出age的结果，因此它不必成为成员函数。将其放置在与Person相同的命名空间中，以便通过参数相关查找找到它。通过ADL找到的函数是该类的接口的一部分；它们只是没有访问私有数据。

   如果您将其设置为成员函数，并且有一天向Person引入了某些私有状态，则会出现不必要的依赖关系。突然之间，age可以访问比它需要的更多的数据。

   参见：How Non-Member Functions Improve Encapsulation

这是我的实现方式：

struct Person {
  std::string name;
  DateObject dob;
};

int age(const Person& person) {
  return calculated age from person.dob;
}

- Joseph Mansfield

---

非常好的回答，正是我在寻找的信息类型，谢谢！ - amnesia

我同意这个答案。我还要补充一点，将age定义为成员函数是控制耦合性较差的做法-调用者必须向该方法传递当前日期才能对其进行良好的理解，或者必须从其他地方检索当前日期，这对调用者来说并不明显。age向客户端接口公开了更多类型实现的细节，而这并不是必需的。如果可以保证此结构永远不会变得更加复杂，那么它可能被保留为成员函数，但即使如此，我也至少会声明它为inline并添加一个currentDate参数。 - Michael Hoffmann

@Joseph Mansfield “将它放在与Person相同的命名空间中”，我们是否期望看到一个封装您代码块的namespace PeopleStuff {...}呢？或者将age()放在同一个文件中就足够了吗？ - jigglypuff

将其放置在与Person相同的命名空间中，以便通过参数相关查找找到它。通过ADL找到的函数是该类的接口的一部分；它们只是无法访问私有数据而已。这真是令人惊叹。nobism提出了一个很好的问题，您能否更详细地阐述一下这个问题的具体内容？ - Dale

Answer 2

在C++中，结构体是类，它们唯一的区别（至少我能想到的）是在结构体中成员默认为public，但在类中它们是private。这意味着使用结构体就像你正在做的那样完全可以接受 - 这篇文章很好地解释了（链接）。

- Polar

Answer 3

如果您需要一些数据持有者，则最好选择没有任何get/set方法的结构体。

如果涉及到更多内容，比如这里的“人”。

1. 它模拟了现实世界中的实体，
2. 具有明确的状态和行为，
3. 与外部世界进行交互，
4. 展示了与其他实体简单/复杂的关系，
5. 它可能会随着时间的推移而发展。

那么它就是一个完美的类候选对象。

- Arun

Answer 4

在C++中，结构体和类之间唯一的区别是结构体默认为公共访问性。一个很好的指导原则是：将结构体用作仅保存数据的普通数据（POD），而在需要更多功能（成员函数）时使用类。

您可能仍在犹豫是在类中只使用公共变量还是使用成员函数，请考虑以下情况。

假设您有一个名为A的类，该类具有函数GetSomeVariable，它仅是一个私有变量的getter函数。

class A
{
    double _someVariable;

public:
    double GetSomeVariable() { return _someVariable; }
};

如果二十年后，那个变量的含义改变了，你需要将它乘以0.5怎么办？使用getter就很简单，只需返回变量乘以0.5即可。

    double GetSomeVariable() { return 0.5*_someVariable; }

通过这样做，您可以实现易于维护和修改。

- Mohammed Hossain

---

避免使用下划线作为标识符的前缀是一个好主意。对于类成员变量，可以考虑使用 someVariable_ 或 m_someVariable。 - DavidRR

Answer 5

只为携带数据的被动对象使用结构体；其他一切都是类。

就像Google指南所说，我按照这种方式做，并发现它是一个好的规则。除此之外，我认为你可以定义自己的实用主义，或者如果确实有意义，可以偏离这个规则。

- citykid

Answer 6

我不想在这里引发一场圣战；我通常会这样区分：

• 对于POD对象（即仅包含数据，没有公开行为的对象），将内部声明为public并直接访问它们。在这里使用struct关键字很方便，也可以作为对象用途的提示。
• 对于非POD对象，请将内部声明为private并定义公共的getter/setter。在这些情况下，使用class关键字更自然。

- SomeWittyUsername

Answer 7

为了消除一些混淆和方便理解，这里有一些要点！

在结构体中，你可以使用封装和可见性运算符（使其成为私有或公共）！就像你在类中所做的那样！

因此，有些人说或者你可能会在网上找到的说法：结构体的一个区别是没有可见性运算符和隐藏数据的能力，是错误的！

你可以像在类中一样拥有方法！

运行下面的代码！你可以检查它是否编译良好！并且所有都正常运行！整个结构体的工作方式就像类一样！

主要的区别只在于可见性模式的默认设置！

结构体是公共的！类默认为私有！

#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

int main(int argv, char * argc[]) {
    struct {
        private:
            bool _iamSuperPrivate = true;
            void _sayHallo() {
                cout << "Hallo mein Bruder!" << endl;
            }
        public:
            string helloAddress = "";
            void sayHellow() {
                cout << "Hellow!" << endl;
                
                if (this->helloAddress != "") {
                    cout << this->helloAddress << endl;
                }

                this->_sayHallo();
            }
            bool isSuperPrivateWorking() {
                return this->_iamSuperPrivate;
            }
    } testStruct;

    testStruct.helloAddress = "my Friend!";
    testStruct.sayHellow();

    if (testStruct.isSuperPrivateWorking()) {
        cout << "Super private is working all well!" << endl;
    } else {
        cout << "Super private not working LOL !!!" << endl;
    }

    return 0;
}

在内存中它们是相同的！

我没有亲自检查过！但有人说，如果你做同样的事情！编译后的汇编代码将在结构体和类之间相同！（待验证！）

取任何一个类，将名称更改为typedef struct！您会发现代码仍然可以正常工作！

class Client {

}

Client client(...);

=>

typedef struct Client {
 ....
} Client;

Client client(...);

如果你这样做，所有东西都会一样工作！至少我知道 gcc 中是这样的！

你可以在你的平台上测试！

- Mohamed Allal