在面向对象编程（oop）中，封装是一种强大的技术，它将数据（属性）和操作它们的函数（方法）绑定在一起，限制对某些细节的访问。封装可以防止直接访问对象的内部状态，并允许通过明确定义的接口进行受控交互。在 python 中，这是通过使用 private 和 protected 成员来实现的，它们是维护对象内部和外部接口之间清晰边界的重要工具。
本文深入探讨了 python 封装，重点关注私有成员和受保护成员、它们的工作方式以及实际用途。
什么是封装？
封装可确保对象的数据隐藏起来，免受外部干扰和误用。它通过限制对类中某些属性和方法的访问来允许数据隐藏，从而确保数据完整性。这对于构建模块化和可维护的代码至关重要，因为它强制执行清晰的接口来与对象的内部状态进行交互。
与其他一些编程语言不同，python 没有严格的访问修饰符，例如 private、protected 或 public。相反，它依赖命名约定和某些机制来控制对对象成员的访问。
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python 中的私有成员
私有成员是在定义它们的类之外无法访问的属性或方法。在 python 中，私有成员是通过在名称前添加 双下划线 (__) 来创建的。这向 python 解释器发出信号，表明不应从类外部直接访问这些成员，这种机制称为 name mangling.
私人成员示例：
class bankaccount:
def __init__(self, balance):
self.__balance = balance # private member
def deposit(self, amount):
if amount > 0:
self.__balance += amount
print(f"deposited: {amount}")
def withdraw(self, amount):
if 0 < amount <= self.__balance:
self.__balance -= amount
print(f"withdrawn: {amount}")
else:
print("insufficient funds")
def get_balance(self):
return self.__balance # public method to access private member
# example usage
account = bankaccount(1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(200)
print("current balance:", account.get_balance())
# trying to access the private member directly (will raise an attributeerror)
# print(account.__balance) # uncommenting this will cause an error
在此示例中，bankaccount 类有一个私有属性 __balance。 python 执行的名称修改在内部将 __balance 更改为 _bankaccount__balance，使得从类外部访问变得困难。这可以保护帐户余额不被外部代码直接修改。
公共方法 deposit、without 和 get_balance 允许与私有成员进行受控交互，确保对象的状态仅以明确定义的方式修改。
要点：
- 私人成员以 __ 为前缀。
- 无法从班级外部直接访问它们。
- 它们通过公共方法访问，强制封装。
python 中的受保护成员
受保护的成员应该在类及其子类中访问。在 python 中，受保护成员是通过在名称前添加 单下划线 (_) 来创建的。这向开发人员发出信号，表明这些成员仅供内部使用，但如有必要，仍然可以从类外部访问。
受保护成员示例：
class Animal:
def __init__(self, name):
self._name = name # Protected member
def speak(self):
raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method")
class Dog(Animal):
def speak(self):
return f"{self._name} says Woof!"
class Cat(Animal):
def speak(self):
return f"{self._name} says Meow!"
# Example usage
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.speak()) # Output: Buddy says Woof!
print(cat.speak()) # Output: Whiskers says Meow!
# Accessing a protected member (allowed, but not recommended)
print(dog._name) # Output: Buddy
在这个例子中，animal类定义了一个受保护的成员_name，它可以被子类（dog和cat）访问。尽管 python 允许从类外部访问 _name，但通常不鼓励这样做，如单下划线前缀所示。
要点：
- 受保护的成员以 _ 为前缀。
- 可以在类及其子类中访问它们。
- 技术上允许外部访问，但作为最佳实践，不鼓励外部访问。
私人成员与受保护成员：主要区别
| aspect | private members | protected members |
|---|---|---|
| syntax | prefix with __ (double underscore) | prefix with _ (single underscore) |
| access from outside class | not allowed (name mangling used) | allowed but discouraged (by convention) |
| access in subclasses | not allowed directly | allowed in subclasses |
| purpose | strict data hiding for sensitive members | meant for internal use but less restrictive |
封装和数据隐藏
封装可以实现数据隐藏，从而确保关键属性和方法不会被意外修改或访问。通过控制对内部数据的访问，封装：
- 保护对象的状态：只能通过明确定义的方法修改内部数据，降低错误风险并保持对象完整性。
- 提高可维护性：只要外部接口保持一致，类的内部工作方式就可以改变，而不会影响程序的其他部分。
- 增强安全性：可以屏蔽敏感信息或功能免遭外部篡改。
使用封装的最佳实践
- 对敏感数据使用私有成员：如果某些属性或方法不应被程序的其他部分直接更改，请将它们声明为私有。这会强制执行更强的封装。
- 利用受保护的成员进行继承：在设计继承类时，使用受保护的成员来表明某些属性或方法供子类使用。
- 公开公共方法：提供封装内部行为的定义良好的公共方法（getter、setter 或业务逻辑方法），而不是允许直接访问内部数据。
- 遵循命名约定：虽然 python 不强制执行严格的访问控制，但遵循私有 (__) 和受保护 (_) 成员的约定可确保您的代码可读且可维护。
结论
封装是python面向对象范例的一个重要方面，提供了一种隐藏内部数据并控制外部代码与对象交互方式的方法。通过私有和受保护的成员，python 开发人员可以构建代码以防止未经授权的访问，并使对象更加模块化、健壮和安全。
通过理解并正确使用私有成员和受保护成员，您可以创建保护其内部状态的类，同时提供清晰且受控的交互接口。这提高了代码的可维护性和可靠性，从长远来看，使您的程序更具适应性和更易于使用。
