三大特性之封装

Posted 2022-10-03 numerone

一、什么是封装

　　在程序设计中，封装（Encapsulation）是对具体对象的一种抽象，即将某些部分隐藏起来，在程序外部看不到，其

含义是其他程序无法调用。

　　要了解封装，离不开“私有化”，就是将类或者是函数中的某些属性限制在某个区域之内，外部无法调用。

二、为什么要封装

　　封装数据的主要原因是：保护隐私（把不想别人知道的东西封装起来）

　　封装方法的主要原因是：隔离复杂度（比如：电视机，我们看见的就是一个黑匣子，其实里面有很多电器元件，对于

用户来说，我们不需要清楚里面都有些元件，电视机把那些电器元件封装在黑匣子里，提供给用户的只是几个按钮接口，

通过按钮就能实现对电视机的操作。）

　　提示：在编程语言里，对外提供的接口（接口可理解为了一个入口），就是函数，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。

三、封装分为两个层面

　　封装其实分为两个层面，但无论哪种层面的封装，都要对外界提供好访问你内部隐藏内容的接口（接口可以理解为入

口，有了这个入口，使用者无需且不能够直接访问到内部隐藏的细节，只能走接口，并且我们可以在接口的实现上附加更

多的处理逻辑，从而严格控制使用者的访问）

　　第一个层面的封装（什么都不用做）：创建类和对象会分别创建二者的名称空间，我们只能用类名.或者obj.的方式去

访问里面的名字，这本身就是一种封装。

print(m1.brand) #实例化对象（m1.）
print(motor_vehicle.tag) #类名（motor_vehicle.）
-------------输出结果--------------
春风
fuel oil

注意：对于这一层面的封装（隐藏），类名.和实例名.就是访问隐藏属性的接口

　　第二个层面的封装：类中把某些属性和方法隐藏起来(或者说定义成私有的)，只在类的内部使用、外部无法访问，或

者留下少量接口（函数）供外部访问。

　　Python中私有化的方法也比较简单，即在准备私有化的属性（包括方法、数据）名字前面加两个下划线即可。

　　类中所有双下划线开头的名称如__x都会自动变形成：_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.　　

这种自动变形的特点：

　　　　1、类中定义的__x只能在内部使用，如self.__x，引用的就是变形的结果。

　　　　2、这种变形其实正是针对外部的变形，在外部是无法通过__x这个名字访问到的。

　　　　3、在子类定义的__x不会覆盖在父类定义的__x，因为子类中变形成了：_子类名__x,而父类中变形成了：_父

类名__x，即双下滑线开头的属性在继承给子类时，子类是无法覆盖的。

　　注意：对于这一层面的封装（隐藏），我们需要在类中定义一个函数（接口函数）在它内部访问被隐藏的属性，然后

外部就可以使用了

　　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

a = A()
print(a._A__N)
print(a._A__X)
print(A._A__N)
--------输出结果--------
0
10
0

2、变形的过程只在类的定义是发生一次,在定义后的赋值操作，不会变形

a = A() #实例化对象a
print(a.__dict__) #打印变形的内容
a.__Y = 20 #新增Y的值，此时加__不会变形
print(a.__dict__) #打印变形的内容
---------输出结果----------
‘_A__X‘: 10
‘_A__X‘: 10, ‘__Y‘: 20 #发现后面的Y并没有变形

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

class A: #这是正常情况
    def fa(self):
        print("from A")
    def test(self):
        self.fa()
 
class B(A):
    def fa(self):
        print("from B")
 
b = B()
b.test()
--------输出结果----------
from B

看一下把fa被定义成私有的情况：

class A: #把fa定义成私有的，即__fa
    def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
        print("from A")
    def test(self):
        self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
 
class B(A):
    def __fa(self): #b调用的是test，跟这个没关系
        print("from B")
 
b = B()
b.test()
-------输出结果---------
from A

四、特性（property）

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（就是一个装饰器）

　　注意：被property装饰的属性会优先于对象的属性被使用，而被propery装饰的属性,分成三种：property、被装饰

的函数名.setter、被装饰的函数名.deleter（都是以装饰器的形式）。

class room: #定义一个房间的类
    def __init__(self,length,width,high):
        self.length = length #房间的长
        self.width = width #房间的宽
        self.high = high #房间的高
    @property
    def area(self): #求房间的平方的功能
        return self.length * self.width #房间的面积就是：长x宽
    @property
    def perimeter(self): #求房间的周长的功能
        return 2 * (self.length + self.width) #公式为：（长 + 宽）x 2
    @property
    def volume(self): #求房间的体积的功能
        return self.length * self.width * self.high #公式为：长 x 宽 x 高
 
r1 = room(2,3,4) #实例化一个对象r1
print("r1.area：",r1.area) #可以像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
print("r1.perimeter：",r1.perimeter) #同上，就不用像调用绑定方法一样，还得加括号，才能运行
print("r1.volume：",r1.volume) #同上，就像是把运算过程封装到一个函数内部，我们不管过程，只要有结果就行
------------输出结果---------------
r1.area： 6
r1.perimeter： 10
r1.volume： 24

注意：此时的特性arear、perimeter和volume不能被赋值

r1.area = 8 #为特性area赋值
r1.perimeter = 14 #为特性perimeter赋值
r1.volume = 24 #为特性volume赋值
‘‘‘
抛出异常：
    r1.area = 8 #第一个就抛异常了，后面的也一样
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。

class people: #定义一个人的类
    def __init__(self,name,sex):
        self.name = name
        self.sex = sex #p1.sex = "male",遇到property，优先用property
 
    @property #查看sex的值
    def sex(self):
        return self.__sex #返回正真存值的地方
 
    @sex.setter #修改sex的值
    def sex(self,value):
        if not isinstance(value,str): #在设定值之前进行类型检查
            raise TypeError("性别必须是字符串类型") #不是str类型时，主动抛出异常
        self.__sex = value #类型正确的时候，直接修改__sex的值，这是值正真存放的地方
            #这里sex前加"__",对sex变形，隐藏。
 
    @sex.deleter #删除sex
    def sex(self):
        del self.__sex
 
p1 = people("egon","male") #实例化对象p1
print(p1.sex) #查看p1的sex，此时要注意self.sex的优先级
p1.sex = "female" #修改sex的值
print(p1.sex) #查看修改后p1的sex
print(p1.__dict__) #查看p1的名称空间，此时里面有sex
del p1.sex #删除p1的sex
print(p1.__dict__) #查看p1的名称空间，此时发现里面已经没有sex了
-------------------输出结果--------------------
male
female
‘name‘: ‘egon‘, ‘_people__sex‘: ‘female‘
‘name‘: ‘egon‘

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。

五、封装与扩展性

　　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: #定义一个房间的类
    def __init__(self,name,owner,length,width,high):
        self.name = name
        self.owner = owner
        self.__length = length #房间的长
        self.__width = width #房间的宽
        self.__high = high #房间的高
    @property
    def area(self): #求房间的平方的功能
        return self.__length * self.__width #对外提供的接口，隐藏了内部的实现细节，\
                                            # 此时我们想求的是房间的面积就是：长x宽

实例化对象通过接口，调用相关属性得到想要的值：

#类的使用者
r1 = room("客厅","michael",20,30,9) #实例化一个对象r1
print(r1.area) #通过接口使用（area），使用者得到了客厅的面积
-------------输出结果--------------
600 #得到了客厅的面积

扩展原有的代码，使功能增加：

#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: #定义一个房间的类
    def __init__(self,name,owner,length,width,high):
        self.name = name #房间名
        self.owner = owner #房子的主人
        self.__length = length #房间的长
        self.__width = width #房间的宽
        self.__high = high #房间的高
    @property
    def area(self): #对外提供的接口，隐藏内部实现
        return self.__length * self.__width,               self.__length * self.__width * self.__high #此时我们增加了求体积,
        # 内部逻辑变了,只需增加这行代码就能简单实现,而且外部调用感知不到,仍然使
        # 用该方法，但是功能已经增加了

对于类的使用者，仍然在调用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：

#类的使用者
r1 = room("客厅","michael",20,30,9) #实例化一个对象r1
print(r1.area) #通过接口使用（area），使用者得到了客厅的面积
--------------输出结果---------------
(600, 5400) #得到了新增的功能的值