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本文讲述面向对象编程的三大特性之——封装。通过案例分析简单介绍了封装的含义和作用以及在 Java 中如何使用封装。 面向对象编程Object-Oriented Programming, OOP的三大特性是封装、继承和多态这三大特性是 OOP 的基础为设计灵活、可维护和可扩展的软件系统提供了核心机制。
这三个特性共同构成了面向对象编程的基础使开发者能够设计出高内聚、低耦合的软件系统促进了软件工程的高效管理和复杂问题的有效解决。
高内聚一个模块内部各个组成部分如类的方法、函数、变量等之间应该紧密关联共同完成一个具体且单一的功能不允许外部干涉。低耦合各模块之间的依赖关系应该尽可能地减少和简化一个模块应尽量少地依赖其他模块模块之间的接口应清晰、简单且只暴露必要的功能给外部使用。 二、封装概述
封装的基本思想将对象的状态数据成员即属性和行为成员方法即操作数据的方法捆绑在一起并对外界隐藏其内部实现细节的过程。
实现方式在 Java 等面向对象编程语言中封装是通过访问修饰符如 publicprivateprotected 等、构造器、getter 和 setter 方法等机制来实现的。通过这些手段开发者可以精确控制类的哪些部分对外界开放哪些部分保持内部私有。
封装的作用封装不仅保护了数据的完整性还提高了代码的模块化程度使得代码更容易理解、维护和重用。具体如下。
信息隐藏将对象的内部细节某些属性、方法设置为私有 private只暴露有限的公共接口如 getter 和 setter 方法供外部使用防止外部代码直接访问和修改这些内部状态。从而减少意外修改数据的风险增加程序的健壮性。模块化封装促进了代码的模块化使得每个对象成为一个独立的单元可以单独开发、测试和维护。这不仅简化了代码的复杂性也提高了代码的可复用性。易于使用封装简化了对象的接口使得用户不需要了解对象内部复杂的实现细节就能使用它。用户只需要知道对象能做什么通过其提供的方法而不是怎么做这符合黑盒设计原则。增强安全性限制对对象内部数据的直接访问可以实施更精细的控制逻辑如数据验证确保数据的完整性和一致性。提高可维护性和扩展性由于内部实现细节对外部是隐藏的当需要修改对象内部实现时不会影响到使用该对象的其他代码这使得软件更容易维护和升级。同时良好的封装也为后续添加新功能提供了便利。 三、如何实现封装
在 Java 中实现封装主要依靠以下几个关键技术手段访问修饰符、getter 和 setter 方法、构造器等。
1. 访问修饰符
private这是封装的核心用于限制成员变量和方法的访问权限使其仅对类内部可见。这可以防止外部代码直接访问和修改内部状态。public用于公开类、方法或变量使其对所有类可见。protected允许同一包内的类以及所有子类访问。默认没有显式修饰符允许同一包内的类访问。 2. Getter 和 Setter 方法
Getter 方法获取器用于返回私有成员变量的值让外部可以读取但不能直接修改这些值。Setter 方法设置器用于设置私有成员变量的值通常会加入数据验证逻辑确保数据的合法性。 3. 构造器
构造器用于创建对象时初始化成员变量可以是无参构造器或带参数的构造器通过构造器可以控制对象创建时的必要条件和初始化状态。
构造器部分在上一篇文章中有详细阐述 四、封装案例分析
假设有一个 BankAccount 类我们希望封装账户余额仅通过特定方法暴露余额的读取和更新。
首先在这个类中成员变量 balance 是私有的不能被其他类直接访问。
// 私有成员变量余额
private double balance; 想要访问这个内部变量需要通过一些方法。 1. 构造方法初始化
使用 new 关键字实例化对象时会调用对应的构造方法。
BankAccount bankAccount new BankAccount(500);可以通过该方法存入金额。如果初始化余额 0说明金额是合法的存入私有变量 balance反之则不合法返回错误。
// 构造器
public BankAccount(double initialBalance) {// 如果初始化余额大于等于 0 合法将值赋给 balanceif (initialBalance 0) {balance initialBalance;} else {// 如果初始化余额小于 0 不合法抛出异常throw new IllegalArgumentException(Initial balance cannot be negative.);}}2. Getter / Setter 方法
Getter 方法用于返回私有成员变量的值Setter 方法用于设置私有成员变量的值。
// Getter 方法
public double getBalance() {return balance;
}// Setter 方法
public void setBalance(double balance) {// 与构造方法类似可以在前面增加一些判断条件this.balance balance;
}使用 Getter 方法获取余额
// Getter 方法获取余额
System.out.println(bankAccount.getBalance());Setter 方法用于设置余额的值与构造方法类似具体使用如下
// Setter 方法设置余额的值
bankAccount.setBalance(600);3. 存入金额
Setter 方法用于修改变量的值存入 / 取出金额就是相当于让金额增加也算是一种修改。
因此存入 / 取出金额也需要使用 Setter 方法。
存入金额方式写入需要存入的金额然后加到原来的余额上模拟追加存款。
// Setter 方法存入金额
public void deposit(double amount) {// 加入数据验证存入金额需要大于 0if (amount 0) {// 加到原来的余额上模拟追加存款balance amount;} else {// 金额不合法抛出异常throw new IllegalArgumentException(Deposit amount must be positive.);}
}具体使用方式
// 模拟追加存款
bankAccount.deposit(200);
System.out.println(追加存款后 bankAccount.getBalance());4. 取出金额
取出金额方式写入需要取出的金额然后从原先的金额上面扣除模拟取出部分存款。
// Setter 方法取出金额
public void withdraw(double amount) {// 判断取出金额的数量不能超过存款且大于 0if (amount 0 amount balance) {// 从原先的金额上面扣除balance - amount;} else {// 金额不合法抛出异常throw new IllegalArgumentException(Invalid withdrawal amount.);}
}具体使用方式
// 模拟取出部分存款
bankAccount.withdraw(100);
System.out.println(取出存款后 bankAccount.getBalance());五、完整测试代码
1. BankAccount 类
public class BankAccount {private double balance; // 私有成员变量余额// 构造器public BankAccount(double initialBalance) {if (initialBalance 0) {balance initialBalance;} else {throw new IllegalArgumentException(Initial balance cannot be negative.);}}// Getter方法public double getBalance() {return balance;}// Setter方法
// public void setBalance(double balance) {
// this.balance balance;
// }// Setter 方法存入金额public void deposit(double amount) {// 加入数据验证存入金额需要大于 0if (amount 0) {// 加到原来的余额上模拟追加存款balance amount;} else {// 金额不合法抛出异常throw new IllegalArgumentException(Deposit amount must be positive.);}}// Setter 方法取出金额public void withdraw(double amount) {// 判断取出金额的数量不能超过存款且大于 0if (amount 0 amount balance) {// 从原先的金额上面扣除balance - amount;} else {// 金额不合法抛出异常throw new IllegalArgumentException(Invalid withdrawal amount.);}}
}2. 测试类
public class Application {public static void main(String[] args) {// new 实例化对象// 初始化余额为 500BankAccount bankAccount new BankAccount(500);// Getter 方法获取余额System.out.println(当前余额为 bankAccount.getBalance());// Setter 方法设置余额的值
// bankAccount.setBalance(600);// 模拟追加存款bankAccount.deposit(200);System.out.println(追加存款后 bankAccount.getBalance());// 模拟取出部分存款bankAccount.withdraw(100);System.out.println(取出存款后 bankAccount.getBalance());}
}六、总结
本文讲述面向对象编程的三大特性之——封装。通过案例分析简单介绍了封装的含义和作用以及在 Java 中如何使用封装。 一些参考资料
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