c++為什麼要讓struct可以定義成員函數？

01-05

好像功能上struct完全可以被class取代。如果只是為了前向兼容的話保留c的struct型式應該就可以了吧。從語義上看，struct是用來定義較為複雜的數據結構形式，而函數更像是一種方法，放在數據結構里好像意義上也說不太通。c++這樣設計感覺很奇怪。

因為C++的class真的只是個struct，只不過C++編譯器會在編譯期對它做一些「魔改」動作而已。

早年，諸如遊戲業的精靈抽象、unix系的「一切皆文件」等設計思想，都是用C乃至彙編表現出來的。正是這些思想啟發並引導了後來的面向對象熱潮。

對C來說，struct可以放任何它支持的數據類型。包括函數指針——後來C++所謂的虛函數表，很多編譯器的實現，就是一個指向另一個全局結構體的指針，這個全局結構體裡面是一條一條的函數指針，指向對應類重載後的所謂「虛函數」。

至於各種所謂的成員函數，實際上就是些第一個參數是classXX類型的this指針的普通函數。

換言之，struct本身已經足以支持面向對象編程運行期需要的一切了；現在，我們只需要增加一些新的語法約定，使得編譯器可以幫助用戶自動維護這些瑣碎細節就行了——這正是 Bjarne Stroustrup當年搞Cfront的設計思路：先把C++代碼自動魔改到C，然後調用C編譯器完成編譯。

後期雖然有了直接支持c++的編譯器（因為在cfront中加入異常支持失敗），但編譯器關於struct的處理並沒有本質的不同。

於是，所謂class，其實就是加了某些外部支持的struct——除了編譯期可能會被編譯器魔改的面目全非外，它和普通struct毫無差別。

這個支持一般來說應該是這樣的（但並不禁止編譯器廠商選擇其他方案）：

1、對普通成員函數，為它自動添加this參數，並在調用它時，自動把 obj.method() 轉換成 method(obj)格式；並識別出函數中涉及的、沒有顯式使用this的成員變數、為它加上this。

除此之外，別的什麼都不用做。

2、對虛函數，需要為繼承鏈上的每個類產生一個全局結構體，在這個結構體里按次序安排指向該類所有虛函數的指針，這就是虛函數表；然後在類里添加一個指向屬於自己的虛函數表的指針。

那麼，當用戶調用某個對象的第N個虛函數時，到虛函數表查找並獲取第N個函數指針指向的內容；然後類似調用普通成員函數一樣，把 obj.method() 轉換成 method(obj)格式，多態就實現了。

當然，除此之外，還要在編譯時執行許可權檢查，避免非法訪問類的protect/private成員（struct默認許可權是public，class是private）；以及另外一些瑣碎工作。

所以你看，c++的類歸根結底，它就是個C語言的struct。只是（相當於）在編譯期做了些預處理而已——只要你在裡面聲明了成員函數，就會自動觸發預處理，從而實現「自動魔改你所定義的數據結構，使其支持OO諸要素」功能。

那麼，除了讓C代碼共用C++裡面定義的struct這個特殊場景外（想了解這類能兼容C的數據類型，可搜索 POD類型），你說還有什麼理由禁止struct擁有成員函數呢？

參與設計全世界第一套C++ 編譯器cfront的Lippman在《深度探索C++內存模型》中指出：

一個常被程序員詢問的問題是：什麼時候一個人應該在C++程序中以struct替代class？

如果是1986年，我的答案豪不拖泥帶水：「絕不！」……

那麼，讓我重新問一次：「什麼時候一個人應該使用struct取代class」答案之一是：當它讓一個人感覺比較好的時候。

雖然這個答案並沒有達到高技術水平, 但它的確指出了一個重要的持性，關鍵字struct本身並不一定要象徵其後隨之聲明的任何東西。我們可以使用struct代替 class，但仍然聲明public、private、protected等等存取區段，以及及一個完全 public的介面,以及 virtual functions, 以及単一繼承、多重繼承、虛擬繼承等等。 ……

最終我更改了語義分析器，使它同時接受兩個關鍵字——在沒有事先通知Bjarne和少不更事的ANSI C++委員會的情形下。……

如果C++要支持現存的C程序代碼，它就不能不支持struct。好的，那麼它需要引入新的關鍵字class嗎？真的需要嗎？不！但引入它非常令人滿意，因為這個語言所引入的不只是關鍵字，還有它所支持的封裝和繼承的哲學。……

你甚至可以主張說它的用途只是為了方便C程序員遷徙至C++ 部落。

（詳見《深度探索C++內存模型》）

因為沒有C++之前，我們想用C引入一些面向對象的思想，我們就是在struct裡面弄一堆函數指針來使得struct的成員不僅有數據，還有方法。

C++最大程度的繼承了C，class也是脫胎於struct，兩者並無本質區別，要說區別也就默認訪問許可權不同。

題主這個問題看似問了一個無關緊要的語言設計問題，但其實琢磨一下，C++的設計者也許是有一定深意的（基於猜測）

首先，我不贊同簡單地概括，C++中struct和class只是訪問許可權不同。還有一個要注意的點，就是memory layout有可能不同。struct的數據成員聲明順序和這些數據成員在內存中的offset一定是一致的(詳見[1])。而class只有在POD原則(Plain Old Data)下才與struct的memory layout一直（參見[2])。

所以，C++保留struct並不僅僅是保留一個languange上的keyword，同時也是保留了對low-level memory layout的控制。

回到原題的關鍵，

而函數更像是一種方法，放在數據結構里好像意義上也說不太通

Q1: 為什麼structu要支持函數？

如果把struct對於函數的support去掉，那麼對於struct的操作都要使用外部函數，這不夠OOP。C++與C的關鍵不同就是在機制上引入OOP，如果struct不支持函數，那麼就是在鼓勵用戶使用struct做純數據結構，再使用外部函數，這在理念上不符合OOP的思想。

Q2: 為什麼無函數的純數據結構不夠OOP？

在編程模型比較數學的表達里，有一個ADT的概念，可以說是object的一種數學抽象。

In computer science, an abstract data type (ADT) is a mathematical modelfor data types where a data type is defined by its behavior (semantics) from the point of view of a user of the data, specifically in terms of possible values, possible operations on data of this type, and the behavior of these operations.

一個ADT是由數據(data)和操作(operation)共同構成的。編程語言的OOP程度，就在於對於data和operation的比重如何分配。如果把anti-OOP和純粹OOP作為尺度，anti-OOP是all data, zero operation。純OOP則是zero data, all operation，把內部成員全搞成private。

題主覺得struct+methods的設計不太好，就是因為它OOP的尺度上屬於中間騎牆派。struct的數據成員都是public暴露的，封裝性不好。

所以，struct+methods是一種妥協，一方面向C兼容，讓用戶在底層編程時能容易地控制memory layout。同時，又不願意看到method-less pure data structures，所以選擇了struct這種"有漏"的class設計。當然，這也符合大家對於C++的印象，工程能力強，OOP語言設計做了妥協。

[reference]

[1] C struct memory layout?

[2] Structure of a C++ Object in Memory Vs a Struct

為了把struct和class統一成一種東西吧。反過來問，為什麼不讓struct可以定義成員函數？這又沒有傷害到誰……

因為按照作者的意思，c++ 本來就想捨棄 struct ，只有 class。

但為了兼容 c，保留了 struct 關鍵字，等同於 class。

（當然，struct 成員默認的是 public）。

所以只需要了解，在 c++ 眼裡，struct 也是 class 就行了。

在C++裡面struct和class唯二的不同就是訪問許可權不一樣，默認class是private struct是public

和模版參數前面可以用class不可以用struct.

struct和class都是對象，函數是對象溝通的消息，當然要放到對象裡面啦，當然放外面也是可以的，只是說你可以有這個做法。

用class定義的類，如果沒有說明則默認為private的，而用struct定義的，默認為public的。

我個人認為struct與class是並行的，因為大多時候都會使用publish（至少競賽中是），所以用struct會簡潔一些，如果兼有private和publish，自然要用class。