C++类型自定义，什么时候用 struct ，什么时候用 class ?_为什么c++中要用struct而不用class

问：

最近在看深度探索c++对象模型，见到一句“什么时候应该在c++程序中以struct替代class”，对于这个场景很好奇，目前只能想到是对C做出妥协的场景，比如POD，其他的呢？详细的呢？

提问者：先先先 

南老师答：

单从语法角度看， struct 和 class 就两点不同：一是在未指定访问权限的情况下，struct的成员的默认为 public；二是在继承时如不指定继承的访问权限，struct （作为派生者），默认采用 public 方式派生，而 class 默认采用 private 方式。

第一点很常见，第二个点看个例子：

struct D : Base // 未指定 ，相当于 : public Base
{
};

提问者可能更想知道语义上，什么时候用 struct 替代 class ?

这点我完全 推荐 C++ 之父 Bjarne Stroustrup 和 C++标准委员会主席 Herb Stutter 共同主笔写的

C++ 核心指南 的 这一条 ：

C.2: Use class if the class has an invariant; use struct if the data members can vary independently

硬译：

如果这个类有一个“不变式”，那就用 "class" 呗，如果 成员数据 一个个都挺独立的，就用 struct 吧。

显然，重点是 “invariant / 不变式” 。

我的书《白话 C++》，花了很大篇幅，讲解 我们在设计 class 的前前中中后后，要如何识别出这个类的“不变式”。下面从书里抄点简单的例子过来——

例子：对比特定坐标和靶子的类型定义

比如，你写个用于数学坐标计算的简单的小工具，需要用到一个二维坐标点的表达：

struct Point
{
    int x, y;
};

假设，你写的这个程序已知就是给你读初一的大儿子用的，因引，你并没有去做深入的需求调研，你就自己定了：int 的取值范围够这小子用的了。

所以，这时候，几乎可以说 这个 Point 类型 不存在“invariant / 不变式”。非要强说有，那就是：这个坐标 的 x轴 和 y轴，都不能超过 int 可表达的范围。 这个“不变式”是由 内置类型 int 来维护的，我们全部的设计责任或成果就是：我选择了 int ，所以我很英明 ，或很愚蠢，如果后面发现初中生竟然需要计算超大值的坐标的时候。

很快，你读幼儿园的二儿子会玩电脑了，于是你给他写了一个 射击游戏程序，里面会有大大小小的靶子（圆形），这时候，如果还使用struct，那么它似乎比Point的定义还要简单：

struct Target
{
    int r; // 半径
};

但这个设计就很不对劲了。因为 靶子，哪怕就是给幼儿园小宝宝“瞄准”的靶子，它也是有“不变式 / invariant”的。这个不变式对应着一个产品需求点，小宝宝没法向你表达，像身为一个靠谱的程序员爸爸（都发第一声，否则会变成程序员的甲方）你应该清楚：靶子不能太小，太小宝宝玩起来会生气；靶子也不能太大，太大宝宝玩起来觉得没劲。

幻想一下：我们不仅是靠谱的爸爸，我们更是有创意的爸爸，所以我们很快就会推出 “宝宝玩射击 Pro 付费增强版”（尝试以通过开发儿子智慧为名，向他妈妈申请研发费用）；而这个版本最大的卖点，就是靶子会在游戏过程中，随某些因素忽大忽小……现在，我们现有必要在心里默念十遍 Target 类的不变式了：“它的半径无论变多大，不能大于某个最大值；同样，无论变多小，也不能小于某个最小值……”。

明确了类的不变式，这个设计就成功了50%，接下来，就是你家终将上市的游戏企业的核心价值了：对于一个中国幼儿园中班到大班的娃，这个最大值和最小值应该是多少呢？

我也不知道。就假设 18 和 5 吧。好，接下来的全部努力，就是要如何维护这个不变式了。显然，第一件要做的事，就是修改 struct Target {... };改为：

class Target
{
    static constexpr int  max_r = 18;
    static constexpr int  min_r = 5; 
public:
    int getR() const { return r; }
 
    void setR(int nr)
    {
         assert(nr >= min_r && nr <= max_r);
         this->r = nr;
    }
 
    ...
private:
    int r;
};

靶子当然还得有 “测试给定位置是否命中”等等方法，但都不是本课重点了。

这就是不变式——它通常源自业务需求。本例子，如果有关 “幼儿射击的靶子不能过大也不能过小” 这个需求是错误的，那对应到我们从中抽象出来的某个 class 的不变式，自然也是错误或不需要的 （请对比上面的 Point 的例子，那个例子刻意制造了一个没什么不变式的例子）。

有些同学有相朴素的想法：一个自定义类型先是很简单，那就用 strcut,并且数据全开放，等以后真的慢慢变复杂了，再考虑重构使用 class ……

问：那什么是“简单”呢？
答：嗯，大概就一开始数据成员很少，数据之间还都没什么很关系，很 “independently”……

这样想是不太对的。Point 有两个成员数据，却可以（按之父和主席说的）用 struct ，Target 就一个成员数据，按理的话，想和哪个数据发生关系都发生不了……但挡不住，Target 的业务需求，在本课设计的语境里，就是要比 Point 复杂。

所以，要多以业务需求为程序设计的源头，如何做到这一点呢？《白话C++》提了四点。

作业

“一个45度角上的直线”，应该如何设计？请说出它的不变式是什么。