面向对象编程：封装与私有属性¶

在面向对象编程（OOP）中，封装是一个核心概念。它允许我们将数据（属性）和行为（方法）捆绑在一起，并隐藏内部实现细节。通过封装，我们可以控制对类内部数据的访问，从而提高代码的安全性和可维护性。

什么是封装？¶

封装是面向对象编程的四大基本原则之一（其他三个是继承、多态和抽象）。封装的主要目的是将类的内部实现细节隐藏起来，只暴露必要的接口供外部使用。这样做的优点包括：

数据保护：防止外部代码直接访问和修改类的内部数据。
代码维护：内部实现的改变不会影响外部代码。
简化接口：外部代码只需要知道如何使用类的接口，而不需要了解其内部实现。

私有属性¶

在Python中，虽然没有严格的“私有”属性，但我们可以通过命名约定来模拟私有属性。通常，我们使用单下划线（_）或双下划线（__）来表示某个属性或方法是私有的。

单下划线 `_`¶

单下划线前缀的属性和方法被认为是“受保护的”，意味着它们不应该在类外部直接访问，但这只是一个约定，Python并不会阻止你访问它们。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._protected_attribute = 42  # 受保护的属性

    def _protected_method(self):
        return "This is a protected method."

# 实例化对象
obj = MyClass()

# 访问受保护的属性和方法
print(obj._protected_attribute)  # 输出: 42
print(obj._protected_method())   # 输出: This is a protected method.

双下划线 `__`¶

双下划线前缀的属性和方法会被Python进行名称修饰（name mangling），这使得它们在类外部更难访问。名称修饰的规则是在属性名前加上 _类名，例如 __attribute 会被修饰为 _MyClass__attribute。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.__private_attribute = 42  # 私有属性

    def __private_method(self):
        return "This is a private method."

# 实例化对象
obj = MyClass()

# 尝试访问私有属性和方法
# print(obj.__private_attribute)  # 这行代码会报错
# print(obj.__private_method())   # 这行代码会报错

# 通过名称修饰访问
print(obj._MyClass__private_attribute)  # 输出: 42
print(obj._MyClass__private_method())   # 输出: This is a private method.

使用 `@property` 装饰器¶

为了更安全地访问和修改类的属性，我们可以使用 @property 装饰器。@property 允许我们将方法变成属性，从而可以在访问或修改属性时执行额外的逻辑。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._value = 0  # 受保护的属性

    @property
    def value(self):
        return self._value  # 获取属性值

    @value.setter
    def value(self, new_value):
        if new_value < 0:
            raise ValueError("Value cannot be negative.")
        self._value = new_value  # 设置属性值

# 实例化对象
obj = MyClass()

# 访问属性
print(obj.value)  # 输出: 0

# 修改属性
obj.value = 10
print(obj.value)  # 输出: 10

# 尝试设置负值
# obj.value = -5  # 这行代码会抛出 ValueError

练习题¶

练习 1：创建带有私有属性的类¶

创建一个名为 BankAccount 的类，包含以下私有属性： - __balance：账户余额 - __account_number：账户号码

并实现以下方法： - deposit(amount)：存款 - withdraw(amount)：取款 - get_balance()：获取余额

确保余额不能为负数。

练习 2：使用 `@property` 装饰器¶

修改 BankAccount 类，使用 @property 装饰器来管理 __balance 属性。确保在取款时余额不能为负数。

练习 3：名称修饰¶

创建一个名为 Employee 的类，包含以下私有属性： - __salary：员工工资

并实现以下方法： - get_salary()：获取工资 - set_salary(new_salary)：设置工资

尝试通过名称修饰访问 __salary 属性。

总结¶

封装是面向对象编程的核心概念之一，它允许我们隐藏类的内部实现细节，只暴露必要的接口。
私有属性 可以通过单下划线 _ 或双下划线 __ 来模拟。单下划线表示受保护的属性，双下划线会触发名称修饰。
@property 装饰器 允许我们将方法变成属性，从而可以在访问或修改属性时执行额外的逻辑。
通过封装，我们可以更好地控制对类内部数据的访问，从而提高代码的安全性和可维护性。

通过本主题的学习，你应该能够理解如何在Python中使用封装来保护类的内部实现细节，并能够使用 @property 装饰器来管理类的属性。