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042_封装的实现（属性私有化 / 方法公开）

news 2025/7/17 15:25:36

一、封装的基本概念

封装（Encapsulation）是 Java 面向对象编程的三大特性之一（封装、继承、多态），指将类的属性和方法隐藏在类内部，仅通过公开的接口（方法）与外部交互。

核心思想：“隐藏细节，暴露接口”，即禁止外部直接访问类的内部状态，而是通过预先定义的方法操作数据，确保数据的安全性和合法性。
形象比喻：如同一个 “黑盒子”，外部只能看到输入和输出（公开方法），看不到内部的运作逻辑（私有属性和实现细节）。

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二、封装的核心实现方式：属性私有化 + 方法公开

封装的核心实现手段是属性私有化（private修饰） 和访问方法公开（public修饰的getter/setter方法），具体规则如下：

属性私有化：用private修饰类的成员变量，禁止外部直接访问。
方法公开：提供public修饰的getter方法（获取属性值）和setter方法（设置属性值），作为外部操作属性的唯一接口。

2.1 完整示例代码

// 封装的典型实现：Person类
public class Person {// 1. 属性私有化（private修饰，外部无法直接访问）private String name; // 姓名private int age;     // 年龄// 2. 公开的getter方法：获取属性值public String getName() {return name;}// 3. 公开的setter方法：设置属性值（可添加校验逻辑）public void setName(String name) {// 可选：添加参数校验，确保数据合法if (name != null && !name.isEmpty()) {this.name = name;} else {System.out.println("姓名不能为空");}}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {// 可选：添加参数校验（年龄必须在0-150之间）if (age >= 0 && age <= 150) {this.age = age;} else {System.out.println("年龄必须在0-150之间");}}
}

2.2 外部如何使用封装类

外部只能通过getter和setter方法操作属性，无法直接访问私有属性：

public class Test {public static void main(String[] args) {Person person = new Person();// 错误：无法直接访问私有属性// person.name = "张三"; // person.age = 20;// 正确：通过公开的setter方法设置属性person.setName("张三"); // 调用setter设置姓名person.setAge(20);     // 调用setter设置年龄// 正确：通过公开的getter方法获取属性System.out.println("姓名：" + person.getName()); // 输出“张三”System.out.println("年龄：" + person.getAge());   // 输出“20”}
}

2.3 getter/setter方法的命名规范

getter方法：用于获取属性值，命名格式为get + 属性名（首字母大写），返回值类型与属性类型一致。
- 示例：name的getter为getName()，age的getter为getAge()。
- 特殊：boolean类型的getter通常命名为is + 属性名（如isMarried()而非getMarried()）。
setter方法：用于设置属性值，命名格式为set + 属性名（首字母大写），参数类型与属性类型一致，返回值通常为void。
- 示例：name的setter为setName(String name)，age的setter为setAge(int age)。

三、封装的核心优势

3.1 控制数据访问，确保数据合法性

setter方法中可添加参数校验逻辑，防止无效或非法数据进入类内部，保障数据的安全性。

示例（年龄校验）：

public void setAge(int age) {// 只允许年龄在0-150之间，否则提示错误if (age >= 0 && age <= 150) {this.age = age;} else {throw new IllegalArgumentException("年龄必须在0-150之间");}
}

若外部传入age = 200，setter方法会直接抛出异常，避免非法数据被存储。

3.2 隐藏实现细节，降低耦合度

外部只需通过getter/setter方法操作属性，无需关心类内部的实现细节（如属性的存储方式、计算逻辑）。当类内部实现修改时（如属性名变更），只需同步修改getter/setter方法，外部代码无需改动，降低了代码间的依赖。

示例（内部实现修改不影响外部）：

public class Person {// 内部修改：属性名从name改为fullNameprivate String fullName;// 外部调用的方法名不变，仅内部实现修改public String getName() {return fullName; // 内部属性名变了，但外部调用方式不变}public void setName(String name) {this.fullName = name;}
}

3.3 提高代码可维护性

封装将类的属性和操作逻辑集中在类内部，便于统一管理和修改。例如，若需要对 “姓名” 添加统一的格式处理（如首字母大写），只需修改setName方法：

public void setName(String name) {if (name != null && !name.isEmpty()) {// 统一处理：首字母大写this.name = name.substring(0, 1).toUpperCase() + name.substring(1);}
}

所有通过setName设置姓名的地方都会自动应用该逻辑，无需逐个修改外部代码。

3.4 实现只读 / 只写属性

通过控制getter/setter的可见性，可实现 “只读” 或 “只写” 属性：

只读属性：只提供getter方法，不提供setter方法（如身份证号，一旦设置不可修改）。

private String idCard; // 身份证号（只读）public String getIdCard() {return idCard;
}// 不提供setIdCard方法，外部只能通过构造器初始化
public Person(String idCard) {this.idCard = idCard;
}

只写属性：只提供setter方法，不提供getter方法（如密码，设置后不允许直接获取）。

private String password; // 密码（只写）public void setPassword(String password) {this.password = password; // 实际开发中应加密存储
}

四、封装的最佳实践

所有属性私有化：类的成员变量必须用private修饰，禁止使用public/protected/ 默认权限（除非有特殊理由）。
getter/setter按需设计：
- 必要时才提供getter/setter（如工具类的常量可能无需setter）。
- setter方法专注于属性设置，避免包含复杂业务逻辑（复杂逻辑应封装在专门的业务方法中）。
构造器初始化不可变属性：对于创建后不应修改的属性（如id、birthDate），应通过构造器初始化，而非setter方法。

public class Student {private final String id; // 学号（不可变）private String name;// 构造器初始化不可变属性public Student(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id; // 只提供getter，无setter}
}

避免在getter/setter中暴露内部引用：对于引用类型属性（如List、自定义对象），getter方法应返回副本而非原对象，防止外部修改内部状态。
示例（安全的集合返回）：

private List<String> hobbies = new ArrayList<>();// 错误：返回原集合，外部可直接修改
// public List<String> getHobbies() {
//     return hobbies;
// }// 正确：返回集合副本，保护内部状态
public List<String> getHobbies() {return new ArrayList<>(hobbies); // 返回新集合
}