封装

Posted 2020-12-17 zoling7

一、引言

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从封装本身的意思去理解，封装就好像是拿来一个麻袋，把小猫，小狗，小猪一起装进麻袋，然后把麻袋封上口子。照这种逻辑看，封装 = ‘隐藏’，这种理解是相当片面的。

 

二、先看如何隐藏

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在 python 中用双下划线开头的方式将属性隐藏起来（设置成私有的）

# 其实这仅仅是一种变形操作且仅仅只在类定义阶段发生变形
# 类中所有双下划线开头的名称如__x都会在类定义时自动变形成：_类名__x的形式：

class A:
    __N = 0  # 类的数据属性就应该是共享的,但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为_A__N

    def __init__(self):
        self.__X = 10  # 变形为self._A__X

    def __foo(self):  # 变形为_A__foo
        print(‘from A‘)

    def bar(self):
        self.__foo()  # 只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到.

# A._A__N是可以访问到的
# 这种属性在外部是无法通过__x这个名字访问到。

这种变形需要注意的问题是：

1，这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性，知道了类名和属性名就可以拼出名字：_类名__属性，然后就可以访问了，如 a._A__N，即这种操作并不是严格意义上的限制外部访问，仅仅只是一种语法意义上的变形，主要用来限制外部的直接访问。

2，变形的过程只在类的定义时发生一次，在定义后的赋值操作，不会变形。

 3，在继承中，父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以将方法定义为私有的

# 正常情况下
class A:
    def fa(self):
        print("from A")

    def test(self):
        self.fa()

class B(A):
    def fa(self):
        print("from B")

b = B()
b.test()
# from B
"""
B 实例化 b ， 然后 b调用test功能，但是 b的实例和类中都没有test的功能，就去它的父类中找，找到了。
self 传的是 对象b本身，   self.fa() 就变成了---> b.fa() 
就是调用 B类下的 fa方法，打印 from B
"""

正常情况下

# 把 fa 定义成私有的，即 __fa
class A:
    def __fa(self):     # 在定义时就变形为 _A__fa
        print("from A")

    def test(self):
        self.__fa()     # 只有在类内部才可以通过__fa的形式访问到，即调用 _A__fa

class B(A):
    def __fa(self):     # 定义时变形为 _B__fa
        print("from B")

b = B()
b.test()
# from A
"""
B实例化对象b,b调用 test方法，但是b的实例中和所在的类中都没有 test这个方法，就去父类A中找，找到了。
因为B类是继承A类的，所以可以用A类中的所有属性，
因为在类定义阶段，__fa 就变形成了 _A__fa，
所以test方法下的 self.__fa() 就变成了 ---> b._A__fa(), 也就是调用 A类下的 __fa()方法
打印 from A
"""

私有情况

 

三、封装不是单纯意义上的隐藏

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封装的真谛在于明确地区分内外，封装的属性可以直接在内部使用，而不能被外部直接使用，然而定义属性的目的终归是要用，外部要想用类隐藏的属性，需要我们为其开辟接口，让外部能够间接地用到我们隐藏起来的属性，那这么做的意义何在？？？

1，封装数据：

将数据隐藏起来这不是目的。隐藏起来然后对外提供操作该数据的接口，然后我们可以在接口附加上对该数据操作的限制，以此完成对数据属性操作的严格控制。

class Teacher:
    def __init__(self,name,age):
        # self.__name = name          # self._Teacher__name = name
        # self.__age = age            # self._Teacher__age = age
        self.set_info(name,age)     # t.set_info(name,age)

    def set_info(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError(‘姓名必须是字符串类型‘)
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError(‘年龄必须是整型‘)
        self.__name = name
        self.__age = age
    
    def tell_info(self):
        print(‘姓名:%s,年龄:%s‘ % (self.__name,self.__age))

t = Teacher(‘zixi‘,28)
t.tell_info()

t.set_info(‘zoling‘,19)
t.tell_info()

"""
姓名:zixi,年龄:28
姓名:zoling,年龄:19
"""

View Code

2，封装方法：目的是隔离复杂度

封装方法举例：

1）你的身体没有一处不体现着封装的概念：你的身体把膀胱尿道等等这些尿的功能隐藏了起来，然后为你提供一个尿的接口就可以了（接口就是你的....），你总不能把膀胱挂在身体外面，上厕所的时候就跟别人炫耀：hi，man，你瞅我的膀胱，看看我是怎么尿的。

2）电视机本身是一个黑盒子，隐藏了所有的细节，但是一定会对外提供了一堆按钮，这些按钮也正是接口的概念，所以说，封装并不是单纯意义的隐藏。

3）快门就是傻瓜相机为傻瓜们提供的方法，该方法将内部复杂的照相功能都隐藏起来了。

提示：在编程语言中，对外提供的接口（接口可理解为一个入口），可以是函数，称为接口函数，这与接口的概念还不一样，接口代表一组接口函数的集合体。

# 取款是功能,而这个功能由很多功能组成:插卡、密码认证、输入金额、打印账单、取钱
# 对使用者来说,只需要知道取款这个功能即可,其余功能我们都可以隐藏起来,很明显这么做，隔离了复杂度,同时也提升了安全性

class ATM:
    def __card(self):
        print(‘插卡‘)
    def __auth(self):
        print(‘用户认证‘)
    def __input(self):
        print(‘输入取款金额‘)
    def __print_bill(self):
        print(‘打印账单‘)
    def __take_money(self):
        print(‘取款‘)

    def withdraw(self):
        self.__card()
        self.__auth()
        self.__input()
        self.__print_bill()
        self.__take_money()

a = ATM()
a.withdraw()
"""
插卡
用户认证
输入取款金额
打印账单
取款
"""

隔离复杂度的例子

3，了解

python 并不会真的阻止你访问私有的属性，模块也遵循这种约定，如果模块名以单下划线开头，那么 from module import * 时不能被导入，但是你 from module import _private_module 依然是可以导入的。

其实很多时候你去调用一个模块的功能时会遇到单下划线开头的（socket._socket，sys._home，sys._clear_type_cache），这些都是私有的，原则上是供内部调用的，作为外部的你，强制使用也是可以的，只不过显得稍微逗比一点。

python 要想与其他编程语言一样，严格控制属性的访问权限，只能借助内置方法如：__getattr__，详见面向对象进阶。

 

四、特性

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1，什么是特性 property

property 是一种特殊的属性，访问它时会执行一段功能（函数），然后返回值。

例一：BMI指数（bmi是计算而来的，但很明显它听起来像是一个属性而非方法，如果我们将其做成一个属性，更便于理解）

成人的BMI数值：

过轻：低于18.5

正常：18.5~23.9

过重：24~27

肥胖：28~32

非常肥胖, 高于32

　　体质指数（BMI）=体重（kg）÷身高^2（m）

　　EX：70kg÷（1.75×1.75）=22.86

class People:
    def __init__(self,name,weight,height):
        self.name = name
        self.weight = weight
        self.height = height

    @property
    def bmi(self):
        return self.weight / (self.height**2)

p = People(‘zixi‘,74,1.84)
print(p.bmi)
print(int(p.bmi))

"""
21.85727788279773
21
"""

bmi指数

例二：圆的周长和面积

import math
class Circle:
    def __init__(self,radius):          # 圆的半径radius
        self.radius = radius

    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius**2     # 计算面积 π*(r**2)

    @property
    def perimeter(self):
        return 2*math.pi*self.radius        # 计算周长  2*π*r

c = Circle(10)
print(c.radius)
print(c.area)       # 可以向访问数据属性一样去访问area,会触发一个函数的执行,动态计算出一个值并返回
print(c.perimeter)  # 同上
‘‘‘
输出结果:
10
314.1592653589793
62.83185307179586
‘‘‘

圆周长面积

# 注意：此时的特性arear和perimeter不能被赋值
c.area = 3    # 为特性area赋值
‘‘‘
抛出异常:
AttributeError: can‘t set attribute
‘‘‘

 

2，为什么要用 property

将一个类的函数定义成特性以后，对象再去使用的时候obj.name,根本无法察觉自己的name是执行了一个函数然后计算出来的，这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则。

除此之外，

ps：面向对象的封装有三种方式:
【public】
这种其实就是不封装,是对外公开的
【protected】
这种封装方式对外不公开,但对朋友(friend)或者子类(形象的说法是“儿子”,但我不知道为什么大家 不说“女儿”,就像“parent”本来是“父母”的意思,但中文都是叫“父类”)公开
【private】
这种封装对谁都不公开

python 并没有在语法上把它们三个内建到自己的 class 机制中，在 C++ 里一般会将所有的数据都设置为私有的，然后提供 set 和 get 方法（接口）去设置和获取，在 python 中通过 property 方法可以实现。

class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME = val         # 将所有的数据属性都隐藏起来

    @property
    def name(self):
        return self.__NAME      # obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)

    @name.setter
    def name(self,value):
        if not isinstance(value,str):       # 在设定值之前进行类型检查
            raise TypeError(‘%s must be str‘ %value)
        self.__NAME = value       # 通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME

    @name.deleter
    def name(self):
        raise TypeError(‘Can not delete‘)

f = Foo(‘zixi‘)
print(f.name)
# f.name=10     # 抛出异常‘TypeError: 10 must be str‘
del f.name      # 抛出异常‘TypeError: Can not delete‘

class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME = val         # 将所有的数据属性都隐藏起来

    def getname(self):
        return self.__NAME      # obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)

    def setname(self,value):
        if not isinstance(value,str):       # 在设定值之前进行类型检查
            raise TypeError(‘%s must be str‘ %value)
        self.__NAME = value       # 通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME

    def delname(self):
        raise TypeError(‘Can not delete‘)

    name = property(getname,setname,delname)  # 不如装饰器的方式清晰

f = Foo("zixi")
print(f.name)
# f.name = 10         # 抛出异常：TypeError: 10 must be str
del f.name            # 抛出异常：TypeError: Can not delete

了解：一种 property 的古老用法

 

五、封装与扩展性

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封装在于明确区分内外， 使得类实现者可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；而外部使用者只知道一个接口（函数），只要接口（函数）名，参数不变，使用者的代码永远无需改变。这就提供了一个良好的合作基础——或者说，只要接口这个基础约定不变，则代码改变不足为虑。

# 类的设计者
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name = name
        self.owner = owner
        self.__width = width
        self.__length = length
        self.__high = high

    def tell_area(self):        # 对外提供的接口，隐藏了内部的实现细节，此时我们想求的是面积
        return self.__width * self.__length


# 使用者
r1 = Room(‘卧室‘,‘zixi‘,20,20,20)
print(r1.tell_area())   # 使用者调用接口tell_area
# 400

求面积

# 类的设计者，轻松的扩展了功能，而类的使用者完全不需要改变自己的代码
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name = name
        self.owner = owner
        self.__width = width
        self.__length = length
        self.__high = high

    # 对外提供的接口，隐藏内部实现，此时我们想求的是体积,内部逻辑变了,
    # 只需求修该下列一行就可以很简答的实现,而且外部调用感知不到,仍然使用该方法，但是功能已经变了
    def tell_area(self):
        return self.__width * self.__length * self.__high

# 使用者
r1 = Room(‘卧室‘,‘zixi‘,20,20,20)
# 对于仍然在使用tell_area接口的人来说，根本无需改动自己的代码，就可以用上新功能
print(r1.tell_area())
# 8000

求体积