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ColorfulC · 更新于 2020-12-16

Java 封裝

上一小節中，我們已經對類和對象有了一個基本的認識。不止于 Java，在各個面向對象語言的書籍資料中，都會提到面向對象的三大特征：封裝、繼承、多態。本小節我們就從封裝開始，探討面向對象的特征。本小節我們將學習什么是封裝、為什么需要封裝，最后也會以一個 NBA 球員類的案例來實現封裝。

1. 概念和特點

類的基本作用就是封裝代碼。封裝將類的一些特征和行為隱藏在類內部，不允許類外部直接訪問。

封裝可以被認為是一個保護屏障，防止該類的代碼和數據被外部類定義的代碼隨機訪問。

我們可以通過類提供的方法來實現對隱藏信息的操作和訪問。隱藏了對象的信息，留出了訪問的接口。

在我們日常生活中，封裝與我們息息相關，智能手機就是一個擁有良好封裝的例子，我們不需要關心其內部復雜的邏輯電路設計，可以通過手機的屏幕、按鍵、充電口、耳機接口等等外部接口來對手機進行操作和使用。復雜的邏輯電路以及模塊被封裝在手機的內部，而留出的這些必要接口，讓我們更加簡便地使用手機的同時也保護了手機的內部細節。

封裝有兩個特點：

  1. 只能通過規定的方法訪問數據；
  2. 隱藏類的實例細節，方便修改和實現。

2. 為什么需要封裝

封裝具有以下優點：

  • 封裝有利于提高類的內聚性，適當的封裝可以讓代碼更容易理解與維護；
  • 良好的封裝有利于降低代碼的耦合度；
  • 一些關鍵屬性只允許類內部可以訪問和修改，增強類的安全性；
  • 隱藏實現細節，為調用方提供易于理解的接口；
  • 當需求發生變動時，我們只需要修改我們封裝的代碼，而不需要到處修改調用處的代碼。

3. 實現封裝

在 Java 語言中，如何實現封裝呢？需要 3 個步驟。

  1. 修改屬性的可見性為private；
  2. 創建公開的 getter 和 setter 方法，分別用于屬性的讀寫；
  3. 在 getter 和 setter 方法中，對屬性的合法性進行判斷。

我們來看一個 NBA 球員類NBAPlayer：

class NBAPlayer {
    // 姓名
    String name;
    // 年齡
    int age;
}

在類內部（即類名后面{}之間的區域）定義了成員屬性name和age，我們知道，在類外部調用處可以對其屬性進行修改：

NBAPlayer player = new NBAPlayer();
player.age = -1;

如下是實例代碼：

實例演示
預覽 復制
復制成功！
public class NBAPlayer {
    // 姓名
    String name;
    // 年齡
    int age;

    public static void main(String[] args) {
        NBAPlayer player = new NBAPlayer();
        player.age = -1;
        System.out.println("球員年齡為：" + player.age);
    }
}
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運行結果：

球員年齡為：-1

我們通過對象名.屬性名的方式對age賦值為 -1，顯然，球員的年齡為-1是反常理的。

下面我們對NBAPlayer類進行封裝。

  1. 我們可以使用私有化訪問控制符修飾類內部的屬性，讓其只在類的內部可以訪問：
// 用private修飾成員屬性，限定只能在當前類內部可以訪問
private String name;
private int age;

private關鍵字限定了其修飾的成員只能在類內部訪問，這樣之后就無法在類外部使用player.age =-1這樣的賦值方式進行賦值了。

  1. 創建公開的（public） getter 和 setter方法：
// 通常以get+屬性名的方式命名 getter，返回對應的私有屬性
public String getName() {
  	return name;
}

// 通常以set+屬性名的方式命名 setter，給對應屬性進行賦值
public void setName(String name) {
  	this.name = name;
}

public int getAge() {
  	return age;
}

public void setAge(int age) {
  	this.age = age;
}

顧名思義，getter就是取屬性值，setter就是給屬性賦值，這樣在類的外部就可以通過調用其方法對屬性進行操作了。

  1. 對屬性進行邏輯判斷，以age屬性的setter方法為例：
public void setAge(int age) {
  	// 判斷參數age的合法性
  	if(age < 0) {
      	this.age = 0;
    } else {
	  	this.age = age;
  	}
}

在setAge方法中，我們將參數age小于 0 的情況進行了處理，如果小于 0，直接將age賦值為0。除了給默認值的方式，我們也可以拋出異常，提示調用方傳參不合法。

在類外部對屬性進行讀寫：

NBAPlayer player = new NBAPlayer();
// 對屬性賦值：
player.setName("詹姆斯");
player.setAge(35);
// 獲取屬性：
System.out.println("姓名：" + player.getName());
System.out.println("年齡：" + player.getAge());

試想，如果在類外部，有很多地方都會操作屬性值，當屬性值讀寫邏輯發生改變時，我們只需修改類內部的邏輯。

另外，對于有參構造方法中，對屬性賦值時，直接調用其setter方法。無需再寫重復的邏輯判斷，提高代碼復用性：

public NBAPlayer(int age) {
  	this.setAge(age);
}

如下是實現封裝后完整實例代碼：

實例演示
預覽 復制
復制成功！
public class NBAPlayer {
    // 姓名
    private String name;
    // 年齡
    private int age;

    // 無參構造方法
    public NBAPlayer() {

    }

    // 單參構造方法
    public NBAPlayer(int age) {
        this.setAge(age);
    }

    // 全參構造方法
    public NBAPlayer(String name, int age) {
        this.setName(name);
        this.setAge(age);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        // 判斷參數age的合法性
        if(age < 0) {
            this.age = 0;
        }
        this.age = age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        NBAPlayer james = new NBAPlayer();
        // 對屬性賦值：
        james.setName("詹姆斯");
        james.setAge(35);
        // 打印james實例屬性
        System.out.println("姓名：" + james.getName());
        System.out.println("年齡：" + james.getAge());
        System.out.println("-------------");
        // 實例化一個新的對象
        NBAPlayer jordan = new NBAPlayer("喬丹", 60);
        // 打印jordan對象實例屬性
        System.out.println("姓名：" + jordan.getName());
        System.out.println("年齡：" + jordan.getAge());
    }
}
運行案例 點擊 "運行案例" 可查看在線運行效果

運行結果：

姓名：詹姆斯
年齡：35
-------------
姓名：喬丹
年齡：60

4. 小結

面向對象的三大特征：封裝、繼承、多態。

封裝隱藏了對象的信息，并且留出了訪問的接口。