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news 2025/7/12 20:14:01

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第十二天：封装 - 理解与应用

欢迎来到今天的学习内容！今天，我们将一起深入探讨 Java 中的 封装（Encapsulation）。封装是面向对象编程的四大基本特性之一，它的核心思想是把对象的状态（属性）和行为（方法）绑定在一起，并隐藏对象的实现细节，只暴露必要的接口给外部。这使得对象的内部状态不会被随意修改，同时保证了数据的安全性和代码的可维护性。

1. 什么是封装？

封装是一种将对象的状态和行为隐藏在对象内部的技术，外部无法直接访问对象的内部数据，只能通过 公开的接口（通常是方法）来操作数据。这种做法能够有效避免外部代码错误地修改对象的内部状态，并提供了一种更高层次的代码抽象。

封装主要包括以下几个方面：

属性私有化（private）：将类的属性声明为私有，禁止外部直接访问。
提供公共的访问方法（getters 和 setters）：通过方法（getters 和 setters）来访问和修改属性。
实现类的接口：通过公开的方法来提供给外部使用，而不直接暴露内部的实现细节。

2. 封装的好处

封装有很多好处，以下是几项关键优势：

数据保护：通过将数据设为私有，可以防止外部直接修改对象的属性，确保数据的安全性。
提高可维护性：如果需要更改属性的实现方式，只需要修改类内部的代码，而不需要修改外部的调用代码。
提高代码的复用性：通过提供接口方法，外部可以在不修改类的内部实现的情况下使用类的功能。
简化复杂性：通过封装内部实现，外部只需要关心接口的使用，而无需了解类的内部细节。

3. 如何实现封装？

在 Java 中实现封装通常通过以下步骤：

步骤 1：将类的属性设为私有（private）

私有化类的属性，避免外部直接访问或修改这些属性。

步骤 2：为每个属性提供公共的访问方法（getters 和 setters）

通过 get 和 set 方法允许外部读取和修改属性的值。get 方法用于获取属性的值，set 方法用于设置属性的值。

步骤 3：类的其他方法

提供其他功能性的方法，这些方法不直接暴露内部实现，但可以通过接口与外部交互。

代码示例：

public class Person {// 1. 将属性设为私有private String name;private int age;// 2. 提供公共的 getter 和 setter 方法public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {// 设置年龄时，可以添加验证逻辑if (age > 0) {this.age = age;} else {System.out.println("Age must be greater than 0");}}// 3. 提供其他公共方法public void introduce() {System.out.println("Hello, my name is " + name + " and I am " + age + " years old.");}public static void main(String[] args) {Person person = new Person();person.setName("Alice");person.setAge(30);person.introduce();}
}

输出：

Hello, my name is Alice and I am 30 years old.

4. 封装的实例分析

实例 1：银行账户类 - 提供存取款操作

我们用封装来设计一个银行账户类，这个类将拥有账户余额（balance）这个私有属性，并提供存款和取款的方法，同时加入一些验证逻辑，确保账户余额不能为负。

public class BankAccount {// 私有属性private double balance;// 公共的 getter 方法public double getBalance() {return balance;}// 公共的存款方法public void deposit(double amount) {if (amount > 0) {balance += amount;System.out.println("Deposited: " + amount);} else {System.out.println("Deposit amount must be greater than 0");}}// 公共的取款方法public void withdraw(double amount) {if (amount > 0 && amount <= balance) {balance -= amount;System.out.println("Withdrew: " + amount);} else {System.out.println("Insufficient balance or invalid amount");}}public static void main(String[] args) {BankAccount account = new BankAccount();account.deposit(1000);account.withdraw(500);account.withdraw(600);  // 失败，余额不足System.out.println("Current Balance: " + account.getBalance());}
}

输出：

Deposited: 1000.0
Withdrew: 500.0
Insufficient balance or invalid amount
Current Balance: 500.0

实例 2：学生类 - 姓名和成绩的封装

在此示例中，封装用于保护学生的成绩数据，只允许通过 get 和 set 方法进行访问，同时加入了成绩验证的逻辑，确保成绩不超过 100 分。

public class Student {private String name;private double grade;// 设置姓名public void setName(String name) {this.name = name;}// 获取姓名public String getName() {return name;}// 设置成绩public void setGrade(double grade) {if (grade >= 0 && grade <= 100) {this.grade = grade;} else {System.out.println("Grade must be between 0 and 100.");}}// 获取成绩public double getGrade() {return grade;}// 打印学生信息public void printInfo() {System.out.println("Student: " + name + ", Grade: " + grade);}public static void main(String[] args) {Student student = new Student();student.setName("Bob");student.setGrade(85);student.printInfo();}
}

输出：

Student: Bob, Grade: 85.0

5. 常见的封装误区

误区 1：不使用 `getter` 和 `setter` 方法

有些开发者会直接将类的属性设为公共的，这样虽然方便访问，但却会暴露内部实现，破坏封装的原则。

public class WrongPerson {public String name;public int age;public static void main(String[] args) {WrongPerson person = new WrongPerson();person.name = "Alice";  // 直接修改属性person.age = 30;System.out.println("Name: " + person.name + ", Age: " + person.age);}
}

建议：将类的属性设为私有，提供 get 和 set 方法，增强数据的保护性。