C++ パブリックとプライベート

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2024年9月15日

C++プログラミングにおいて、「パブリック」と「プライベート」は非常に重要な概念です。これらはクラス内のメンバ（変数や関数）へのアクセス制御を行うためのキーワードであり、オブジェクト指向プログラミングの基本原則の一つであるカプセル化を実現するために使用されます。本記事では、C++初心者の方向けに、パブリックとプライベートの概念、使い方、そして実際のコード例を交えながら詳しく解説していきます。

パブリックとプライベートの基本

まず、パブリックとプライベートの基本的な違いを理解しましょう：

パブリック（public）: クラスの外部からアクセス可能なメンバを定義します。
プライベート（private）: クラスの内部でのみアクセス可能なメンバを定義します。

これらのアクセス指定子を使用することで、クラスの実装の詳細を隠蔽し、外部からの不適切なアクセスを防ぐことができます。

基本的な例

以下に、パブリックとプライベートを使用した簡単な例を示します：

#include <iostream>
#include <string>

class Person {
private:
    std::string name;
    int age;

public:
    Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}

    void introduce() {
        std::cout << "私の名前は" << name << "で、" << age << "歳です。" << std::endl;
    }

    void setAge(int newAge) {
        if (newAge >= 0 && newAge <= 120) {
            age = newAge;
        } else {
            std::cout << "無効な年齢です。" << std::endl;
        }
    }

    int getAge() const {
        return age;
    }
};

int main() {
    Person person("田中太郎", 30);
    person.introduce();

    person.setAge(31);
    std::cout << "新しい年齢: " << person.getAge() << std::endl;

    person.setAge(150);  // 無効な年齢

    return 0;
}

この例では、Personクラスを定義しています。nameとageはプライベートメンバ変数で、クラスの外部から直接アクセスすることはできません。一方、introduce()、setAge()、getAge()はパブリックメンバ関数で、クラスの外部から呼び出すことができます。

パブリックとプライベートの重要性

データの保護：プライベートメンバを使用することで、クラスの内部データを外部からの不適切な変更から保護できます。
インターフェースの提供：パブリックメンバ関数を通じて、クラスの機能を外部に提供します。これにより、クラスの使用方法を明確に定義できます。
カプセル化：内部の実装詳細を隠蔽し、外部からは必要な機能のみを利用できるようにします。これにより、コードの保守性と再利用性が向上します。
データの一貫性：setAge()関数の例のように、データの妥当性チェックを行うことで、オブジェクトの状態の一貫性を保つことができます。

より詳細な例：銀行口座クラス

パブリックとプライベートの使用方法をより深く理解するために、銀行口座を模したクラスの例を見てみましょう：

#include <iostream>
#include <string>

class BankAccount {
private:
    std::string accountNumber;
    double balance;
    static const double minimumBalance;

    void updateBalance(double amount) {
        balance += amount;
    }

public:
    BankAccount(const std::string& accNum, double initialBalance) 
        : accountNumber(accNum), balance(initialBalance) {
        if (initialBalance < minimumBalance) {
            std::cout << "警告：初期残高が最小残高未満です。" << std::endl;
        }
    }

    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            updateBalance(amount);
            std::cout << amount << "円を預け入れました。" << std::endl;
        } else {
            std::cout << "無効な預け入れ額です。" << std::endl;
        }
    }

    void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0) {
            if (balance - amount >= minimumBalance) {
                updateBalance(-amount);
                std::cout << amount << "円を引き出しました。" << std::endl;
            } else {
                std::cout << "残高不足です。" << std::endl;
            }
        } else {
            std::cout << "無効な引き出し額です。" << std::endl;
        }
    }

    double getBalance() const {
        return balance;
    }

    void displayInfo() const {
        std::cout << "口座番号: " << accountNumber << ", 残高: " << balance << "円" << std::endl;
    }
};

const double BankAccount::minimumBalance = 1000;  // 最小残高を1000円に設定

int main() {
    BankAccount account("1234567890", 5000);
    account.displayInfo();

    account.deposit(2000);
    account.displayInfo();

    account.withdraw(6000);
    account.withdraw(1000);
    account.displayInfo();

    return 0;
}

この例では、以下のような特徴があります：

プライベートメンバ：
- accountNumberとbalanceはプライベート変数で、外部から直接アクセスできません。
- updateBalance()はプライベート関数で、残高の更新を内部でのみ行います。
- minimumBalanceは静的なプライベート定数で、最小残高を表します。
パブリックメンバ：
- コンストラクタ、deposit()、withdraw()、getBalance()、displayInfo()はパブリック関数で、クラスの外部からアクセスできます。
カプセル化の利点：
- 残高の更新はupdateBalance()関数を通じてのみ行われ、一貫性が保たれます。
- 預け入れと引き出しの際に、金額の妥当性チェックが行われます。
- 最小残高のチェックにより、口座残高が一定額以下にならないよう保護されています。

パブリックとプライベートの使い分け

プライベートにすべきもの：
- クラスの内部状態を表すデータ（例：銀行口座の残高）
- クラス内部でのみ使用される補助的な関数（例：updateBalance()）
- 外部から直接変更されると一貫性が崩れる可能性のあるデータ
パブリックにすべきもの：
- クラスの主要な機能を提供する関数（例：deposit()、withdraw()）
- 外部からアクセスする必要のある情報を提供する関数（例：getBalance()）
- オブジェクトの初期化に必要なコンストラクタ