Java面向对象编程三大特征 - 封装

Posted 2021-03-03

Java面向对象编程三大特征 - 封装

本文关键字：Java、面向对象、三大特征、封装
封装是面向对象编程中的三大特征之一，在对封装性进行解释时我们有必要先了解一些面向对象的思想，以及相关的概念。当我们想要去描述一系列的关系时我们要用到的最基本结构就是类，其中存在着成员变量和方法，用于记录属性和表达行为，相关知识请进传送门：Java中的基本操作单元 - 类和对象。

一、名词解读

为了解释封装的概念和作用，需要先来了解一下几个相关的概念，这有助于我们接下来的理解。

1. 权限修饰符

当我们在一个类中定义成员变量时，会指定一个变量的类型，除此之外，还会有修饰符的部分，在此给出定义成员变量的规范格式：

// 定义变量
[修饰符] 变量类型 变量名称;
[修饰符] 变量类型 变量名称 = 初始值;

修饰符起到的作用从字面就可以解释，起到一个修饰和限定的作用，可以使用在成员变量之前的修饰符可以是：public、protected、private、final、static。
修饰符与修饰符之间的顺序没有强制要求，其中public、protected、private被称为权限修饰符，可以用来限定类的属性和方法的访问权限，指明在哪些包的哪些类中能够调用到这些属性或方法，是一种一定会存在的修饰符。需要注意的是，这三个单词不能同时出现，当这三个单词都不出现的时候会被认为是默认访问权限，所以权限修饰符一共有四种：private、默认、protected、public。

2. 权限对应关系表

• private：私有权限，只能在定义的类中访问，在其他类中创建的实例均无法访问
• 默认：同包可访问权限，在没有声明权限修饰符时为默认权限，允许在同包的其他类访问
• protected：受保护权限，允许有继承关系的子类访问
• public：公共权限，允许任何类访问

3. 属性访问

由于权限修饰符在封装特性中的作用只是实现封装性的一种途径，所以在这里只演示private与public的作用，权限修饰符的其他作用将在后续的文章中继续介绍。

src
└──edu
    └──sandtower
        └──bean
            │    Person.java
        └──test
            │    Test.java

以上为实体类与测试类所在的目录结构，Person实体类所在包：edu.sandtower.bean，Test测试类所在包：edu.sandtower.test，相应代码如下：

package edu.sandtower.bean;

public class Person{
    // 声明公开属性
    public String name;
    // 声明私有属性
    private double money;
}

package edu.sandtower.test;

import edu.sandtower.bean.Person;

public class Test{
    public static void main(String[] args){
        // 在test包中的Test类中创建Person实例
        Person person = new Person();
        person.name = "小张";// 编译通过，可以访问name属性
        person.money = 500.0;// 编译失败，无法访问money属性
    }
}

从上面的例子可以看出，虽然依然是使用Person自己的实例在进行属性的调用，但是我们是在另外一个包中的类发生的调用，所以是不能够访问到private修饰的属性的，在刚开始学习时一定要注意区分。

二、概念阐释

1. 封装有什么用

通过使用权限修饰符，我们可以限定类的成员的被访问权限，那为什么要这样做呢？在很多场景下，我们需要确保我们对属性值的操作均是有效操作，不能违背某些规则。
比如，我们定义了一个Person类，具有name和money两个属性，在买东西时需要扣掉相应的金额，原始写法如下：

public class Person{
    public String name;
    public double money;
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        Person person = new Person();
        person.money = 500;// 初始金额500元
        System.out.println("购买一张桌子，花费200元");
        person.money -= 200;
        System.out.println("购买二手PSP，花费350元");
        person.money -= 350;
        System.out.println("目前余额为：" + person.money);// -50
    }
}

可以看到，经过代码操作以后可能会导致money的属性为负。看官甲：你自己不加判断赖代码？没错，这个问题我们可以增加判断代码来解决，由于这个操作是对money属性值的操作，我们将它封装成一个方法写在实体类中，于是有了改进之后的代码：

public class Person{
    public String name;
    public double money;

    // 定义一个方法，用于设置money属性的值
    public void setMoney(double money){
        if(money >= 0){
            this.money = money;
        }
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        Person person = new Person();
        person.money = 500;// 初始金额500元
        System.out.println("购买一张桌子，花费200元");
        person.setMoney(person.money - 200);
        System.out.println("购买二手PSP，花费350元");
        person.setMoney(person.money - 300);
        System.out.println("目前余额为：" + person.money);// 300
    }
}

经过上面的改进，我们可以确保money的值不为负数，同时可以看到，当在实体类中定义方法后，使用者需要修改属性值时直接调用方法就可以保证不出问题。但是由于属性值依然可以被直接访问，还不能保证万无一失，于是我们利用权限修饰符使得变量不能被直接访问，同时需要定义一个能够取得属性值的方法。

public class Person{
    public String name;
    // 声明money属性为private权限
    private double money;

    // 定义一个方法，用于设置money属性的值
    public void setMoney(double money){
        if(money >= 0){
            this.money = money;
        }
    }
    // 定义一个方法，用于获取money属性的值
    public double getMoney(){
        return this.money;
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        Person person = new Person();
        person.money = 500;// 初始金额500元
        System.out.println("购买一张桌子，花费200元");
        person.setMoney(person.getMoney() - 200);
        System.out.println("购买二手PSP，花费350元");
        person.setMoney(person.getMoney() - 300);
        System.out.println("目前余额为：" + person.getMoney());// 300
    }
}

通过以上的案例，我们可以看到进行封装有以下几个作用：

• 防止类的属性被外部代码随意的修改和访问，保证数据的完备性
• 将对属性的操作转换为方法，更加灵活和安全
• 使用封装可以隐藏实现的细节：使用者只需要作用，不需要知道过程
• 在类的定义结构中修改，提高了代码的可维护性，同时又可以不影响外部的使用
• 通过封装方法可以有效减少耦合
  • 耦合：模块与模块之间，代码与代码之间的关联程度，对属性封装后，和调用相关的代码就会变得相对简单，可以降低耦合

2. 如何进行封装

在进行封装时都是出于对属性保护的考虑，可以按照以下两个步骤来进行：

• 使用权限修饰符
  • 使用private作用在属性上，关闭直接访问的入口
  • 使用public作用在方法上，提供调用的入口
• 定义与属性存取相关的方法

在属性关闭后，我们需要通过方法来获取属性的值以及对属性值进行修改。由于有了方法结构，我们就可以对存入的数据进行判断，对不符合逻辑的数据进行处理。

3. 常规封装方法

明白了封装的作用后，我们可以通过自定义方法的方式完成对属性的封装。封装方法和类中定义的其他方法在结构上没有任何的区别，同样都是普通的方法，区别主要在于体现在用途方面：

• 普通方法主要表达该类所能产生的行为
• 封装方法主要为属性的访问和使用提供了一个入口，作用相对单一

在进入到框架的学习之后，很多对实体类属性自动赋值的操作都是通过调用封装方法实现的，所以我们必须要知道常规封装方法的名称定义和类型设置规则。
对于属性来说我们只会进行两种操作：存和取。那么相应的封装方法应该有一对儿

• get代表取用：既然是取值，那么就要把属性值进行返回，方法的返回值类型与属性类型相同
• set代表存储：既然是存值，那么就要在参数列表中接收想要存入的值，类型与属性类型相同

对于命名方面只要遵从驼峰命名法就好，以get或set开头，大写属性名称的首字母，其余不变，看下面一个例子：

public class Person{
    // 使用private声明属性
    private String name;
    private double money;

    // 使用public声明方法，作为操作属性的入口
    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }
    public String getName(){
        return this.name;
    }
    public void setMoney(double money){
        // 如有需要，可以在方法中可以自定义其他逻辑
        this.money = money;
    }
    public double getMoney(){
        return this.money;
    }
}

由于常规封装方法定义的格式和名称都相对固定，所以一般的编译器都自带自动生成封装方法的功能，这样既方便又能降低出错率，大家一定要掌握。

• Eclipse：

属性定义完成后，选择source菜单 -> Generate Getters and Setters...

点击Select All（选择所有属性） -> Generate

• IDEA：

与Eclipse类似，在定义好类的私有属性后，使用快捷键：Alt + Insert

可以一次性选择多个属性 -> 点击OK