Was sind die Unterschiede zwischen struct und class in C++?

Diese Frage wurde bereits im Zusammenhang mit C#/.Net gestellt.

Jetzt möchte ich die Unterschiede zwischen einer Struktur und einer Klasse in C++ lernen. Bitte diskutieren Sie die technischen Unterschiede sowie Gründe für die Wahl des einen oder anderen im OO-Design.

Ich beginne mit einem offensichtlichen Unterschied:

• Wenn Sie nicht angeben public: oder private:, sind Mitglieder einer Struktur standardmäßig öffentlich; Mitglieder einer Klasse sind standardmäßig privat.

Ich bin sicher, dass es noch andere Unterschiede in den obskuren Ecken der C++-Spezifikation gibt.

Sie vergessen den kniffligen zweiten Unterschied zwischen Klassen und Strukturen.

Zitieren Sie den Standard (§11.2.2 in C++98 bis C++11):

In Ermangelung einer Zugriffsbezeichner
für eine Basisklasse wird public angenommen, wenn die abgeleitete Klasse deklariert wird
Struktur und privat wird angenommen, wenn die Klasse deklariert wird Klasse.

Und nur der Vollständigkeit halber ist der bekanntere Unterschied zwischen Klasse und Struktur in (11.2) definiert:

Mitglied einer mit dem Schlüsselwort definierten Klasse Klasse sind Privat standardmäßig. Mit den Schlüsselwörtern definierte Mitglieder einer Klasse Struktur oder Union
sind öffentlich zugänglich standardmäßig.

Zusätzlicher Unterschied: das Schlüsselwort class kann verwendet werden, um Vorlagenparameter zu deklarieren, während die struct Schlüsselwort kann nicht so verwendet werden.

Zitieren Die C++-FAQ,

[7.8] Was ist der Unterschied zwischen den Schlüsselwörtern struct und class?

Die Mitglieder und Basisklassen einer Struktur sind standardmäßig öffentlich, während sie in der Klasse standardmäßig privat sind. Hinweis: Sie sollten Ihre Basisklassen explizit öffentlich, privat oder geschützt machen, anstatt sich auf die Standardwerte zu verlassen.

Struktur und Klasse sind ansonsten funktional gleichwertig.

OK, genug von diesem blitzsauberen Techno-Gerede. Emotional machen die meisten Entwickler einen starken Unterschied zwischen einer Klasse und einer Struktur. Eine Struktur fühlt sich einfach wie ein offener Haufen von Bits mit sehr wenig Kapselung oder Funktionalität an. Eine Klasse fühlt sich wie ein lebendiges und verantwortungsbewusstes Mitglied der Gesellschaft mit intelligenten Diensten, einer starken Kapselungsbarriere und einer gut definierten Schnittstelle. Da dies die Konnotation ist, die die meisten Leute bereits haben, sollten Sie wahrscheinlich das Schlüsselwort struct verwenden, wenn Sie eine Klasse haben, die sehr wenige Methoden und öffentliche Daten hat (solche Dinge gibt es in gut entworfenen Systemen!), aber ansonsten sollten Sie wahrscheinlich die Klasse verwenden Stichwort.

Es lohnt sich, sich an die Ursprünge von C++ und die Kompatibilität mit C zu erinnern.

C hat Strukturen, es hat kein Konzept der Kapselung, also ist alles öffentlich.

Standardmäßig öffentlich zu sein, wird im Allgemeinen als schlechte Idee angesehen, wenn man einen objektorientierten Ansatz verfolgt, also eine Form von C zu erstellen, die OOP nativ förderlich ist (Sie können OO in C machen, aber es wird Ihnen nicht helfen), was die war Idee in C++ (ursprünglich “C With Classes”), ist es sinnvoll, Member standardmäßig privat zu machen.

Andererseits, wenn Stroustrup die Semantik geändert hätte struct so dass seine Mitglieder standardmäßig privat wären, hätte es die Kompatibilität gebrochen (es ist nicht mehr so ​​​​oft wahr, wie die Standards auseinandergingen, aber alle gültigen C-Programme waren auch gültige C++-Programme, was einen großen Einfluss darauf hatte, C++ Fuß zu fassen).

Also ein neues Stichwort class wurde eingeführt, um genau wie eine Struktur zu sein, aber standardmäßig privat.

Wenn C++ von Grund auf ohne Historie entstanden wäre, hätte es wahrscheinlich nur ein solches Schlüsselwort. Es hätte wahrscheinlich auch nicht die Wirkung gehabt, die es gemacht hat.

Im Allgemeinen neigen Leute dazu, struct zu verwenden, wenn sie etwas tun, wie Strukturen in C verwendet werden; öffentliche Member, kein Konstruktor (solange es sich nicht in einer Union befindet, you kann haben Konstruktoren in Strukturen, genau wie bei Klassen, aber die Leute neigen dazu, keine virtuellen Methoden usw. zu verwenden VM-Opcodes) ist es eine gute Idee, dabei zu bleiben.

Die Mitglieder der Klasse sind standardmäßig privat. Die Mitglieder von Struct sind standardmäßig öffentlich. Ansonsten gibt es keine weiteren Unterschiede. Siehe auch diese Frage.

Laut Stroustrup in der Programmiersprache C++:

Welchen Stil Sie verwenden, hängt von den Umständen und dem Geschmack ab. Ich benutze meistens lieber struct für Klassen, die alle Daten öffentlich haben. Ich denke an solche Klassen als “nicht ganz richtige Typen, nur Datenstrukturen”.

Funktional gibt es keinen Unterschied außer öffentlich/privat

1. Mitglieder einer Klasse sind standardmäßig privat und Mitglieder von struct sind standardmäßig öffentlich.

Beispielsweise schlägt Programm 1 bei der Kompilierung fehl und Programm 2 funktioniert einwandfrei.

// Program 1
#include <stdio.h>
 
class Test {
    int x; // x is private
};

int main()
{
  Test t;
  t.x = 20; // compiler error because x is private
  getchar();
  return 0;
}

// Program 2
#include <stdio.h>
 
struct Test {
    int x; // x is public
};

int main()
{
  Test t;
  t.x = 20; // works fine because x is public
  getchar();
  return 0;
}

2. Beim Ableiten einer Struktur von einer Klasse/Struktur, Der Standard-Zugriffsbezeichner für eine Basisklasse/Struktur ist öffentlich. Und beim Ableiten einer Klasse Der Standardzugriffsbezeichner ist privat.

Beispielsweise schlägt Programm 3 bei der Kompilierung fehl und Programm 4 funktioniert einwandfrei.

// Program 3
#include <stdio.h>
 
class Base {
public:
    int x;
};
 
class Derived : Base { }; // is equivalent to class Derived : private Base {}
 
int main()
{
  Derived d;
  d.x = 20; // compiler error because inheritance is private
  getchar();
  return 0;
}

// Program 4
#include <stdio.h>
 
class Base {
public:
    int x;
};
 
struct Derived : Base { }; // is equivalent to struct Derived : public Base {}
 
int main()
{
  Derived d;
  d.x = 20; // works fine because inheritance is public
  getchar();
  return 0;
}

STRUCT ist eine Art abstrakter Datentyp, der einen bestimmten Speicherabschnitt gemäß der Strukturspezifikation aufteilt. Strukturen sind besonders nützlich bei der Dateiserialisierung/-deserialisierung, da die Struktur oft wörtlich in die Datei geschrieben werden kann. (dh einen Zeiger auf die Struktur erhalten, das SIZE-Makro verwenden, um die Anzahl der zu kopierenden Bytes zu berechnen, und dann die Daten in die Struktur hinein oder aus ihr heraus verschieben.)

Klassen sind eine andere Art von abstrakten Datentypen, die versuchen, das Verbergen von Informationen sicherzustellen. Intern kann es eine Vielzahl von Machenschaften, Methoden, temporären Variablen, Zustandsvariablen geben. usw., die alle verwendet werden, um jedem Code, der die Klasse verwenden möchte, eine konsistente API zu präsentieren.

Tatsächlich geht es bei Strukturen um Daten, bei Klassen um Code.

Sie müssen jedoch verstehen, dass dies nur Abstraktionen sind. Es ist durchaus möglich, Strukturen zu erstellen, die stark wie Klassen aussehen, und Klassen, die stark wie Strukturen aussehen. Tatsächlich waren die frühesten C++-Compiler lediglich Vorcompiler, die C++-Code in C übersetzen. Daher sind diese Abstraktionen ein Vorteil für das logische Denken, nicht unbedingt eine Bereicherung für den Computer selbst.

Neben der Tatsache, dass es sich bei jeder um eine andere Art von Abstraktion handelt, bieten Klassen Lösungen für das Rätsel der C-Codebenennung. Da Sie nicht mehr als eine Funktion mit demselben Namen verfügbar machen können, folgten Entwickler früher einem Muster von _(). zB mathlibextreme_max(). Durch die Gruppierung von APIs in Klassen können ähnliche Funktionen (hier nennen wir sie “Methoden”) zusammen gruppiert und vor der Benennung von Methoden in anderen Klassen geschützt werden. Dies ermöglicht dem Programmierer, seinen Code besser zu organisieren und die Wiederverwendung von Code zu erhöhen. Theoretisch zumindest.