[Java 基础]面向对象-封装

封装是构建健壮、可维护和安全软件的基础。

什么是封装？

想象一下你的手机。你不需要知道手机内部复杂的电路、芯片和各种组件是如何协同工作的，你只需要知道如何使用屏幕、按键或触摸操作来打电话、发短信或玩游戏。手机的内部细节被“包裹”起来，只对外提供简洁易用的接口。

在面向对象编程中，封装的概念与之类似。它指的是将数据（属性/成员变量）和操作这些数据的方法（行为/成员方法）捆绑在一起，形成一个独立的单元（也就是我们之前学习的类）。同时，封装还涉及到控制类中成员的可见性，隐藏内部实现细节，只对外暴露必要的接口。

封装的主要目标：

• 数据隐藏 (Data Hiding)： 保护对象内部的数据不被外部随意访问和修改，防止数据的意外损坏或不一致性。
• 接口隔离 (Interface Segregation)： 向外部提供清晰、简洁的接口来操作对象，隐藏复杂的内部实现细节，降低外部代码与内部实现的耦合度。
• 提高代码的可维护性 (Maintainability)： 当内部实现发生变化时，只要对外接口保持不变，就不会影响到使用该类的其他代码。这使得代码更容易修改和维护。
• 提高代码的安全性 (Security)： 通过控制访问权限，可以限制对敏感数据的操作，增强程序的安全性。
• 代码重用 (Code Reusability)： 封装良好的类可以作为独立的模块在不同的程序中重用。

如何在 Java 中实现封装？

在 Java 中，我们主要通过以下机制来实现封装：

1. 使用访问修饰符 (Access Modifiers)： Java 提供了不同的访问修饰符来控制类、成员变量和成员方法的可见性。常用的访问修饰符有：

public: 公有的，可以被任何类访问。

private: 私有的，只能在声明它的类内部访问。

protected: 受保护的，可以被声明它的类内部、同一个包中的其他类以及其子类访问。

默认（不写修饰符）：包私有的，只能被声明它的类内部和同一个包中的其他类访问。

通常的做法是将类的成员变量声明为 private，以实现数据隐藏。

2. 提供公共的访问方法 (Public Access Methods)： 为了让外部代码能够操作私有的成员变量，我们需要提供公共的方法。常用的访问方法有：

Getter 方法 (获取器)： 用于获取私有成员变量的值（通常以 get 开头，例如 getName()）。

Setter 方法 (设置器)： 用于修改私有成员变量的值（通常以 set 开头，例如 setAge(int newAge)）。在 Setter 方法中，我们可以加入对输入值的合法性检查，从而保证数据的有效性。

代码示例：一个简单的 Person 类，让我们创建一个 Person 类来演示封装的概念：

public class Person {private String name; // 私有的姓名private int age;     // 私有的年龄// 公有的构造方法public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}// 公有的 Getter 方法获取姓名public String getName() {return name;}// 公有的 Setter 方法设置姓名public void setName(String newName) {if (newName != null && !newName.isEmpty()) {this.name = newName;} else {System.out.println("姓名不能为空！");}}// 公有的 Getter 方法获取年龄public int getAge() {return age;}// 公有的 Setter 方法设置年龄public void setAge(int newAge) {if (newAge >= 0 && newAge <= 150) { // 添加年龄合法性检查this.age = newAge;} else {System.out.println("年龄不合法！");}}// 公有的行为方法public void introduce() {System.out.println("大家好，我叫 " + name + "，今年 " + age + " 岁。");}public static void main(String[] args) {Person person1 = new Person("Alice", 25);System.out.println("姓名：" + person1.getName()); // 通过 Getter 方法获取姓名System.out.println("年龄：" + person1.getAge());   // 通过 Getter 方法获取年龄person1.setName("Bob"); // 通过 Setter 方法修改姓名person1.setAge(30);    // 通过 Setter 方法修改年龄person1.introduce();// 尝试直接访问私有成员变量（会报错！）// System.out.println(person1.name);// person1.age = -10;}
}

封装是面向对象编程的核心概念之一。通过合理地使用访问修饰符和提供公共的访问方法，我们可以有效地隐藏类的内部实现细节，保护数据，提高代码的灵活性、可维护性和安全性。在设计类的时候，要养成将成员变量声明为 private 并提供公共的 Getter 和 Setter 方法的良好习惯。