Python面向對象編程——封裝

從封裝本身的意思去理解，封裝就好像是拿來一個麻袋，把小貓，小狗，小王八，還有alex一起裝進麻袋，然后把麻袋封上口子。照這種邏輯看，封裝=‘隱藏’，這種理解是相當片面的。

一、先看如何隱藏

在python中用雙下劃線開頭的方式將屬性隱藏起來（設置成私有的）

          
            #其實這僅僅這是一種變形操作
#類中所有雙下劃線開頭的名稱如__x都會自動變形成：_類名__x的形式：

class A:
    __N=0 #類的數據屬性就應該是共享的,但是語法上是可以把類的數據屬性設置成私有的如__N,會變形為_A__N
    def __init__(self):
        self.__X=10 #變形為self._A__X
    def __foo(self): #變形為_A__foo
        print('from A')
    def bar(self):
        self.__foo() #只有在類內部才可以通過__foo的形式訪問到.

#A._A__N是可以訪問到的，即這種操作并不是嚴格意義上的限制外部訪問，僅僅只是一種語法意義上的變形
          
        

這種自動變形的特點：

1、類中定義的 __x 只能在內部使用，如 self.__x ，引用的就是變形的結果。

2、這種變形其實正是針對外部的變形，在外部是無法通過 __x 這個名字訪問到的。

3、在子類定義的 __x 不會覆蓋在父類定義的 __x ，因為子類中變形成了： _子類名__x ,而父類中變形成了： _父類名__x ，即雙下滑線開頭的屬性在繼承給子類時，子類是無法覆蓋的。

這種變形需要注意的問題是：

1、這種機制也并沒有真正意義上限制我們從外部直接訪問屬性，知道了類名和屬性名就可以拼出名字： _類名__屬性 ，然后就可以訪問了，如 a._A__N 。

2、變形的過程只在類的定義是發(fā)生一次,在定義后的賦值操作，不會變形。

3、在繼承中，父類如果不想讓子類覆蓋自己的方法，可以將方法定義為私有的。

          
            #正常情況
>>> class A:
...     def fa(self):
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.fa()
... 
>>> class B(A):
...     def fa(self):
...         print('from B')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from B


#把fa定義成私有的，即__fa
>>> class A:
...     def __fa(self): #在定義時就變形為_A__fa
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.__fa() #只會與自己所在的類為準,即調用_A__fa
... 
>>> class B(A):
...     def __fa(self):
...         print('from B')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from A
          
        

二、封裝不是單純意義的隱藏

1、封裝數據

將數據隱藏起來這不是目的。隱藏起來然后對外提供操作該數據的接口，然后我們可以在接口附加上對該數據操作的限制，以此完成對數據屬性操作的嚴格控制。

          
            class Teacher:
    def __init__(self,name,age):
        self.__name=name
        self.__age=age

    def tell_info(self):
        print('姓名:%s,年齡:%s' %(self.__name,self.__age))
    def set_info(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError('姓名必須是字符串類型')
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError('年齡必須是整型')
        self.__name=name
        self.__age=age

t=Teacher('egon',18)
t.tell_info()

t.set_info('egon',19)
t.tell_info()
          
        

2、封裝方法：目的是隔離復雜度

          
            #取款是功能,而這個功能有很多功能組成:插卡、密碼認證、輸入金額、打印賬單、取錢
#對使用者來說,只需要知道取款這個功能即可,其余功能我們都可以隱藏起來,很明顯這么做
#隔離了復雜度,同時也提升了安全性

class ATM:
    def __card(self):
        print('插卡')
    def __auth(self):
        print('用戶認證')
    def __input(self):
        print('輸入取款金額')
    def __print_bill(self):
        print('打印賬單')
    def __take_money(self):
        print('取款')

    def withdraw(self):
        self.__card()
        self.__auth()
        self.__input()
        self.__print_bill()
        self.__take_money()

a=ATM()
a.withdraw()
          
        

封裝方法的其他舉例：

1、你的身體沒有一處不體現著封裝的概念：你的身體把膀胱尿道等等這些尿的功能隱藏了起來，然后為你提供一個尿的接口就可以了（接口就是你的。。。，），你總不能把膀胱掛在身體外面，上廁所的時候就跟別人炫耀：hi，man，你瞅我的膀胱，看看我是怎么尿的。

2、電視機本身是一個黑盒子，隱藏了所有細節(jié)，但是一定會對外提供了一堆按鈕，這些按鈕也正是接口的概念，所以說，封裝并不是單純意義的隱藏?。。?

3、快門就是傻瓜相機為傻瓜們提供的方法，該方法將內部復雜的照相功能都隱藏起來了。

注：在編程語言里，對外提供的接口（接口可理解為了一個入口），可以是函數，稱為接口函數，這與接口的概念還不一樣，接口代表一組接口函數的集合體。

三、特性（property）

1、什么是特性property

property是一種特殊的屬性，訪問它時會執(zhí)行一段功能（函數）然后返回值。

例一：BMI指數（bmi是計算而來的，但很明顯它聽起來像是一個屬性而非方法，如果我們將其做成一個屬性，更便于理解）。

成人的BMI數值：

過輕：低于18.5

正常：18.5-23.9

過重：24-27

肥胖：28-32

非常肥胖, 高于32

體質指數（BMI）=體重（kg）÷身高^2（m）

EX：70kg÷（1.75×1.75）=22.86

          
            class People:
    def __init__(self,name,weight,height):
        self.name=name
        self.weight=weight
        self.height=height
    @property
    def bmi(self):
        return self.weight / (self.height**2)

p1=People('egon',75,1.85)
print(p1.bmi)
          
        

例二：圓的周長和面積

          
            import math
class Circle:
    def __init__(self,radius): #圓的半徑radius
        self.radius=radius

    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius**2 #計算面積

    @property
    def perimeter(self):
        return 2*math.pi*self.radius #計算周長

c=Circle(10)
print(c.radius)
print(c.area) #可以向訪問數據屬性一樣去訪問area,會觸發(fā)一個函數的執(zhí)行,動態(tài)計算出一個值
print(c.perimeter) #同上
'''
輸出結果:
314.1592653589793
62.83185307179586
'''
          
        

注：此時的特性area和perimeter不能被賦值

          
            c.area=3 #為特性area賦值
'''
拋出異常:
AttributeError: can't set attribute
'''
          
        

2、為什么要用property

將一個類的函數定義成特性以后，對象再去使用的時候obj.name,根本無法察覺自己的name是執(zhí)行了一個函數然后計算出來的，這種特性的使用方式 遵循了統(tǒng)一訪問的原則

除此之外，看下

          
            ps：面向對象的封裝有三種方式:
【public】
這種其實就是不封裝,是對外公開的
【protected】
這種封裝方式對外不公開,但對朋友(friend)或者子類(形象的說法是“兒子”,但我不知道為什么大家 不說“女兒”,就像“parent”本來是“父母”的意思,但中文都是叫“父類”)公開
【private】
這種封裝對誰都不公開
          
        

python并沒有在語法上把它們三個內建到自己的class機制中，在C++里一般會將所有的所有的數據都設置為私有的，然后提供set和get方法（接口）去設置和獲取，在python中通過property方法可以實現。

          
            class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME=val #將所有的數據屬性都隱藏起來

    @property
    def name(self):
        return self.__NAME #obj.name訪問的是self.__NAME(這也是真實值的存放位置)

    @name.setter
    def name(self,value):
        if not isinstance(value,str):  #在設定值之前進行類型檢查
            raise TypeError('%s must be str' %value)
        self.__NAME=value #通過類型檢查后,將值value存放到真實的位置self.__NAME

    @name.deleter
    def name(self):
        raise TypeError('Can not delete')

f=Foo('egon')
print(f.name)
# f.name=10 #拋出異常'TypeError: 10 must be str'
del f.name #拋出異常'TypeError: Can not delete'
          
        

四、封裝與可擴展性

封裝在于明確區(qū)分內外，使得類實現者可以修改封裝內的東西而不影響外部調用者的代碼；而外部使用用者只知道一個接口(函數)，只要接口（函數）名、參數不變，使用者的代碼永遠無需改變。這就提供一個良好的合作基礎——或者說，只要接口這個基礎約定不變，則代碼改變不足為慮。

          
            #類的設計者
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #對外提供的接口，隱藏了內部的實現細節(jié)，此時我們想求的是面積
        return self.__width * self.__length


#使用者
>>> r1=Room('臥室','egon',20,20,20)
>>> r1.tell_area() #使用者調用接口tell_area


#類的設計者，輕松的擴展了功能，而類的使用者完全不需要改變自己的代碼
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #對外提供的接口，隱藏內部實現，此時我們想求的是體積,內部邏輯變了,只需求修該下列一行就可以很簡答的實現,而且外部調用感知不到,仍然使用該方法，但是功能已經變了
        return self.__width * self.__length * self.__high


#對于仍然在使用tell_area接口的人來說，根本無需改動自己的代碼，就可以用上新功能
>>> r1.tell_area()