Python - 封装：初学者指南

大家好，未来的Python巫师们！今天，我们将深入探讨封装的神奇世界。不要担心这个词听起来像是《哈利·波特》中的一个咒语 —— 在这节课结束时，你将能够像专业人士一样挥舞这个概念！

什么是封装？

封装就像有一个带锁的秘密日记。这是一种将数据（日记条目）和操作这些数据的方法（写日记的行为）绑定到一个单一单元中的方式，同时控制对这些数据的访问。在Python中，我们使用类来实现这一点。

让我们从一个简单的例子开始：

class Diary:
def __init__(self):
self.entries = []

def add_entry(self, entry):
self.entries.append(entry)

def get_entries(self):
return self.entries

my_diary = Diary()
my_diary.add_entry("亲爱的日记，今天我学习了封装！")
print(my_diary.get_entries())

在这个例子中，Diary是我们的类。它有一个私有属性entries（我们的秘密日记内容）和两个与之交互的方法。这就是封装的实际应用！

在Python中实现封装

私有属性

在Python中，我们使用前缀下划线来表示属性是私有的。让我们更新我们的Diary类：

class Diary:
def __init__(self):
self._entries = []  # 注意下划线

def add_entry(self, entry):
self._entries.append(entry)

def get_entries(self):
return self._entries.copy()  # 返回一个副本以保护原始数据

my_diary = Diary()
my_diary.add_entry("我喜欢Python！")
print(my_diary.get_entries())
# 这将工作，但不建议这样做：
print(my_diary._entries)

下划线告诉其他程序员：“嘿，这是私有的！不要直接碰它！”但在Python中，这更像是一种君子协定 —— 你仍然可以访问它，但你不应该这样做。

属性装饰器

为了获得更多控制，我们可以使用属性装饰器。它们就像我们属性的神奇守卫：

class Diary:
def __init__(self):
self._entries = []

def add_entry(self, entry):
self._entries.append(entry)

@property
def entries(self):
return self._entries.copy()

my_diary = Diary()
my_diary.add_entry("属性很酷！")
print(my_diary.entries)  # 这可以工作
# my_diary.entries = []  # 这将引发一个错误

@property装饰器允许我们像属性一样访问entries，但实际上是在背后调用一个方法。这让我们可以更控制数据的访问方式。

设置器和获取器

有时，我们希望允许受控地修改我们的属性。输入设置器：

class Diary:
def __init__(self):
self._entries = []

def add_entry(self, entry):
self._entries.append(entry)

@property
def entries(self):
return self._entries.copy()

@entries.setter
def entries(self, new_entries):
if isinstance(new_entries, list):
self._entries = new_entries
else:
raise ValueError("条目必须是列表")

my_diary = Diary()
my_diary.entries = ["第一天", "第二天"]  # 现在可以这样工作了
print(my_diary.entries)
my_diary.entries = "不是列表"  # 这将引发一个错误

现在我们可以直接设置entries，但只有在它是列表的情况下。我们的日记变得相当复杂了！

为什么使用封装？

1. 数据保护：它防止了对数据的意外修改。
2. 灵活性：您可以更改内部实现，而不会影响外部代码。
3. 控制：您决定如何访问和修改数据。

想象一下，如果任何人都可以不经你的允许就在你的日记上乱涂乱画 —— 那会是多么混乱！封装让事情保持有序和安全。

高级封装技术

名称重整

当你真的想保持事物私有时，Python提供了名称重整：

class SuperSecretDiary:
def __init__(self):
self.__ultra_private = "我最深的秘密"

def reveal_secrets(self):
return self.__ultra_private

diary = SuperSecretDiary()
print(diary.reveal_secrets())  # 这可以工作
# print(diary.__ultra_private)  # 这会引发一个AttributeError
print(diary._SuperSecretDiary__ultra_private)  # 这可以工作，但真的不推荐！

双下划线会导致Python“重整”名称，使外部更难（但不是不可能）访问类内的名称。

使用属性的封装

让我们创建一个更复杂的例子 —— 银行账户：

class BankAccount:
def __init__(self, initial_balance=0):
self._balance = initial_balance

@property
def balance(self):
return self._balance

@balance.setter
def balance(self, value):
if value < 0:
raise ValueError("余额不能为负")
self._balance = value

def deposit(self, amount):
if amount <= 0:
raise ValueError("存款金额必须为正")
self.balance += amount

def withdraw(self, amount):
if amount <= 0:
raise ValueError("取款金额必须为正")
if amount > self.balance:
raise ValueError("资金不足")
self.balance -= amount

account = BankAccount(1000)
print(account.balance)  # 1000
account.deposit(500)
print(account.balance)  # 1500
account.withdraw(200)
print(account.balance)  # 1300
# account.balance = -500  # 这将引发一个ValueError

这个BankAccount类封装了余额，确保它不会变成负数，并且存款和取款都是有效的。

封装方法表

方法	描述	示例
下划线前缀	表示一个私有属性	self._private_var
属性装饰器	为属性创建一个获取器	@property
设置器装饰器	为属性创建一个设置器	@attribute.setter
名称重整	创建一个强私有的属性	self.__very_private

结论

封装就像是你数据的负责任的守护者。这并不是要保密，而是要确保你的数据被谨慎和有意地处理。在你继续Python的旅程中，你会发现封装在创建健壮和可维护的代码中是一个无价的工具。

记住，年轻的Python主义者，伟大的力量伴随着巨大的责任。明智地使用封装，你的代码会感谢你的！

现在，前进并封装吧！别忘了在你的（良好保护的）日记中写下你正在学习的所有酷炫的Python知识。编程愉快！

Credits: Image by storyset