[Java 基础]面向对象-封装

news2025/6/7 0:05:59

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：

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。

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;
    }
}