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Java 封装

article 2025/2/24 0:14:37

Java 封装

在各个面向对象语言里，面向对象有三大特征，即封装、继承和多态。下面我们将详细探讨 Java 中的封装，包括其概念、特点、为何需要封装、实现方式，最后通过一个 NBA 球员类的案例来加深理解。

1. 概念和特点

封装是将对象的状态（属性）和行为（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。类的基本作用就是封装代码，它把类的一些特征和行为隐藏在类内部，不允许类外部直接访问，而是通过类提供的方法来实现对隐藏信息的操作和访问，相当于设置了一个保护屏障，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。

封装有两个显著特点：

只能通过规定的方法访问数据；
隐藏类的实例细节，方便修改和实现。

在日常生活中，封装的例子随处可见，例如智能手机。我们无需关心其内部复杂的逻辑电路设计，只需通过手机的屏幕、按键、充电口、耳机接口等外部接口就能对手机进行操作和使用。复杂的逻辑电路以及模块被封装在手机内部，而这些必要接口的留出，让我们更简便地使用手机，同时也保护了手机的内部细节。

2. 为什么需要封装

封装具有诸多优点：

提高内聚性：有利于提高类的内聚性，适当的封装能让代码更易于理解和维护。类的内部数据操作细节自己完成，不允许外部干涉。
降低耦合度：良好的封装可降低代码的耦合度，仅暴露少量的方法给外部使用，尽量方便外部调用。
增强安全性：一些关键属性只允许类内部访问和修改，通过访问修饰符限制对对象内部数据的直接访问，还能实施更精细的控制逻辑，如数据验证，从而确保数据的完整性和一致性，增强类的安全性。
简化接口：隐藏实现细节，为调用方提供易于理解的接口，用户只需知道对象能做什么（通过其提供的方法），而无需了解具体实现方式，符合黑盒设计原则。
方便修改：当需求发生变动时，只需修改封装的代码，而不用到处修改调用处的代码，提高了软件的可维护性和扩展性。

3. 实现封装

在 Java 语言中，实现封装需要以下 3 个步骤：

修改属性可见性：将属性的可见性修改为 private，这表明该属性只能在当前类内被访问，出了这个类就无法直接访问。
创建公开的 getter 和 setter 方法：通常以 get + 属性名 的方式命名 getter 方法，用于返回对应的私有属性；以 set + 属性名 的方式命名 setter 方法，用于给对应属性进行赋值。这样在类的外部就可以通过调用这些方法对属性进行操作。
进行属性合法性判断：在 getter 和 setter 方法中，对属性的合法性进行判断。例如，对于年龄属性，可判断其是否为正值。

下面通过一个 NBA 球员类 NBAPlayer 来展示封装的实现：

public class NBAPlayer {
    // 姓名
    private String name;
    // 年龄
    private int age;

    // 无参构造方法
    public NBAPlayer() {

    }

    // 单参构造方法
    public NBAPlayer(int age) {
        this.setAge(age);
    }

    // 全参构造方法
    public NBAPlayer(String name, int age) {
        this.setName(name);
        this.setAge(age);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        // 判断参数 age 的合法性
        if (age < 0) {
            this.age = 0;
        } else {
            this.age = age;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        NBAPlayer james = new NBAPlayer();
        // 对属性赋值：
        james.setName("詹姆斯");
        james.setAge(35);
        // 打印 james 实例属性
        System.out.println("姓名：" + james.getName());
        System.out.println("年龄：" + james.getAge());
        System.out.println("-------------");
        // 实例化一个新的对象
        NBAPlayer jordan = new NBAPlayer("乔丹", 60);
        // 打印 jordan 对象实例属性
        System.out.println("姓名：" + jordan.getName());
        System.out.println("年龄：" + jordan.getAge());
    }
}

在上述代码中，最初定义的 NBAPlayer 类没有进行封装，外部可以直接对属性进行赋值，可能会出现不合理的数据，如年龄为负数。通过封装，将属性 name 和 age 设为 private，并提供了相应的 getter 和 setter 方法，同时在 setAge 方法中对年龄的合法性进行了判断，避免了不合理数据的输入。如果在类外部有很多地方都会操作属性值，当属性值读写逻辑发生改变时，只需修改类内部的逻辑即可。另外，在有参构造方法中，对属性赋值时直接调用其 setter 方法，无需再写重复的逻辑判断，提高了代码复用性。