Python(二十八) 类的封装详解

封装是面向对象编程中的一个重要思想。

通俗地说：

举一个生活中的例子：

在程序中也是一样。

一个对象内部可能有很多数据，但外部代码不应该随便乱改。

我们希望：

这就是封装。

先看一个没有封装的例子。

输出：

问题出现了：

因为成绩通常应该在 0 到 100 之间。

如果外部代码可以随便修改对象属性，就容易产生不合法的数据。

封装可以解决这个问题。

我们可以让外部不要直接修改成绩，而是通过方法修改。

输出：

这样就避免了不合理的数据进入对象。

封装主要解决三个问题。

不让外部随便修改重要数据。

例如：

把数据和操作数据的方法放在一个类中。

例如：

使用者不需要知道对象内部怎么实现，只需要知道可以调用哪些方法。

例如：

外部只需要知道：

不用关心余额在内部怎么保存。

封装可以用一句话总结：

也可以这样理解：

封装不是为了把所有东西都藏起来。

封装是为了让数据访问更合理、更安全、更清晰。

在一些编程语言中，属性和方法有严格的访问权限，例如：

Python 的访问控制没有那么严格。

Python 更强调约定。

常见命名方式：

示例：

这里：

公开属性就是普通属性。

外部可以直接访问和修改。

输出：

公开属性适合保存那些允许外部直接访问和修改的数据。

例如：

但是如果一个属性需要限制修改规则，就不适合完全公开。

受保护属性通常以一个下划线 _ 开头。

例如：

这里的 _score 表示：

注意：

也就是说，外部仍然可以访问。

输出：

虽然可以访问，但不推荐。

私有属性以两个下划线 __ 开头。

示例：

运行后：

因为 __score 是私有属性，外部不能直接用 对象.__score 访问。

私有属性适合保存不希望外部直接修改的数据。

例如：

私有属性的作用不是为了绝对安全，而是为了限制外部随意访问。

例如：

owner 可以访问。

__balance 不能直接访问。

这样做的目的是：

如果余额可以被随便改：

就会产生严重问题。

Python 中的私有属性不是真正意义上的绝对隐藏。

Python 会把私有属性名做名称改写。

例如：

__score 在内部大致会被改写成：

所以 technically 可以这样访问：

但是非常不推荐这样写。

如果外部需要读取私有属性，应该提供公开方法。

例如：

输出：

这里：

如果外部需要修改私有属性，也应该提供方法。

示例：

输出：

这样做的好处是：

在面向对象中，读取属性的方法通常叫 getter。

修改属性的方法通常叫 setter。

例如：

这是 getter。

这是 setter。

完整示例：

输出：

getter 和 setter 很清楚，但调用起来稍微有点麻烦。

Python 提供了 property，可以让方法像属性一样使用。

示例：

输出：

这里看起来像直接访问属性：

其实背后调用的是方法。

property 的好处是：

例如：

看起来像直接赋值。

但实际上会调用：

这就实现了：

如果只写 @property，不写 setter，那么这个属性就是只读的。

示例：

输出：

如果尝试修改：

会报错。

因为 area 是根据 radius 计算出来的，不应该直接修改。

这种场景很适合使用只读属性。

有些属性并不是直接保存的，而是根据其他属性计算出来的。

例如矩形面积：

输出：

这里 area 没有直接保存。

它是通过：

计算出来的。

这种方式可以保证：

除了私有属性，也可以定义私有方法。

私有方法以两个下划线 __ 开头。

示例：

输出：

这里：

如果外部这样调用：

会报错。

私有方法通常用于类内部的小步骤。

例如：

示例：

输出：

封装后，外部代码通过类提供的公开方法来使用对象。

这些公开方法可以理解为对象的“接口”。

例如：

外部使用：

外部只需要知道：

不需要知道余额在内部如何保存。

这就是封装带来的好处。

下面是一个比较完整的封装案例。

输出：

这个类中：

为什么 __balance 要私有？

输出：

这里有一个细节：

先给 __score 一个默认值，然后通过 set_score() 设置真实成绩。

这样创建对象时也会进行成绩校验。

输出：

这个版本中：

商品库存不能小于 0。

可以使用封装来控制。

输出：

这里：

密码不应该随便被外部读取。

可以这样设计：

输出：

这个案例中：

不是所有属性都必须写成私有属性。

如果属性很普通，外部直接访问没有风险，可以使用公开属性。

例如：

这里 title 和 author 公开通常没问题。

如果属性需要校验，或者不希望外部直接修改，就可以封装。

例如：

这些数据通常需要规则限制。

初学者容易产生一种误解：

这不是必须的。

封装的目的不是让代码变复杂。

封装的目的是：

如果一个属性没有复杂规则，公开使用也可以。

例如：

对于简单坐标点，直接公开 x 和 y 通常很自然。

常见命名建议：

示例：

这里：

含义：

示例：

可以输出：

含义：

示例：

会报错。

封装最常见的用途之一，就是数据校验。

例如年龄不能为负数。

输出：

如果没有封装：

就可能让对象进入不合理状态。

封装不仅是为了保护数据，也可以隐藏实现细节。

例如，订单金额的计算可能比较复杂。

外部只需要调用：

不需要知道内部如何计算。

示例：

输出：

外部只关心结果，不关心计算细节。

这也是封装。

封装还有一个好处：

例如，原来余额直接保存在 __balance 中：

后来想增加手续费、冻结金额等内部逻辑。

只要 get_balance() 的使用方式不变，外部代码就不需要大改。

这就是封装的价值：

错误理解：

实际情况：

不要把敏感信息的安全完全依赖于双下划线。

错误写法：

会报错。

正确做法：

不推荐：

这样写虽然用了私有属性，但没有起到保护作用。

更推荐：

封装的重点不只是“藏起来”，还要“按规则访问”。

错误写法：

这样创建对象时：

仍然可以得到不合法成绩。

更推荐：

这样创建对象时也会校验数据。

推荐写法：

不推荐把公开属性和私有属性混在一起乱命名。

例如：

同时又写：

这种写法可能导致递归错误。

错误示例：

这里 return self.score 会再次调用 score 属性，容易无限递归。

正确写法：

不推荐：

如果外部需要调用这个方法，就不应该写成私有方法。

私有方法适合类内部使用。

公开方法适合外部调用。

判断方法：

有些初学者会把每个属性都写成：

如果这个属性没有任何校验规则，也没有隐藏必要，就会让代码变得啰嗦。

例如：

如果 title 只是普通书名，直接公开也可以：

虽然可以这样访问：

但是不推荐。

原因：

正确做法：

或者使用：

前提是类中定义了 property。

不是所有数据都需要私有化。

需要保护的数据通常有：

普通数据可以公开。

例如：

是否私有，取决于这个数据是否需要控制访问。

公开方法是给外部使用的，所以名字应该清楚。

推荐：

不推荐：

私有方法通常不应该承担外部业务入口。

例如：

这是合理的内部辅助方法。

外部真正调用的是：

封装不是孤立的。

一个类应该有清楚的职责。

例如：

不要把很多不相关的功能都塞进一个类。

例如：

这样会让封装失去意义。

如果一个属性是私有的，外部就不应该依赖它的具体名字。

例如，不应该写：

应该写：

这样即使类内部以后改成：

只要 get_balance() 还在，外部代码就不需要改。

例如成绩：

通常：

表示 0 和 100 都合法。

商品数量：

表示必须大于 0。

很多 setter 方法只负责修改属性，不需要返回值。

例如：

如果需要告诉外部修改是否成功，也可以返回布尔值。

方法中经常会用到 print 和 return。

return 是把结果交给调用者。

print 是直接打印结果。

如果方法名是 get_score()，通常应该使用 return。

如果方法名是 show_score()，通常可以使用 print。

输出：

这个案例中：

输出：

这个案例适合讲：

要求：

参考答案：

要求：

参考答案：

要求：

参考答案：

要求：

参考答案：

要求：

参考答案：

下面代码有什么问题？

参考答案：

下面哪些属性更适合封装？

参考答案：

原因：

补全代码，让价格不能小于 0。

题目：

参考答案：

原代码：

请改成 property 写法。

参考答案：

要求设计一个 Temperature 类：

参考答案：

封装是 Python 面向对象编程中的重要思想。

一句话总结：

核心知识：

常用代码模板：

property 模板：

记忆口诀：

最后记住：