【二】面向对象之封装

【二】封装

【一】引言

• 面向对象编程有三大特性：
  • 封装、继承、多态
• 其中最重要的一个特性就是封装。
  • 封装指的就是把数据与功能都整合到一起
• 听起来是不是很熟悉，没错，我们之前所说的”整合“二字其实就是封装的通俗说法。
• 除此之外，针对封装到对象或者类中的属性，我们还可以严格控制对它们的访问，分两步实现：隐藏与开放接口

【1】什么是封装

• 在程序设计中，封装（Encapsulation）是对具体对象的一种抽象
  • 即将某些部分隐藏起来，在程序外部看不到，其含义是其他程序无法调用。
  • 要了解封装，离不开“私有化”，就是将类或者是函数中的某些属性限制在某个区域之内，外部无法调用。

【2】为什么要封装

• 封装数据的主要原因是：
  • 保护隐私（把不想别人知道的东西封装起来）

【二】隐藏属性

• Python的Class机制采用双下划线开头的方式将属性隐藏起来（设置成私有的）
  • 但其实这仅仅只是一种变形操作，类中所有双下滑线开头的属性都会在类定义阶段、检测语法时自动变成“_类名__属性名”的形式：

class Foo:
    __N=0 # 变形为_Foo__N
    
    def __init__(self): # 定义函数时，会检测函数语法，所以__开头的属性也会变形
        self.__x=10 # 变形为self._Foo__x
        
    def __f1(self): # 变形为_Foo__f1
        print('__f1 run')
    
    def f2(self):  # 定义函数时，会检测函数语法，所以__开头的属性也会变形
        self.__f1() # 变形为self._Foo__f1()

print(Foo.__N) # 报错AttributeError:类Foo没有属性__N

obj = Foo()
print(obbj.__x) # 报错AttributeError:对象obj没有属性__x

这种变形需要注意的问题是：

1、在类外部无法直接访问双下滑线开头的属性，但知道了类名和属性名就可以拼出名字：__类名__属性，然后就可以访问了，

​ 如Foo._A__N，所以说这种操作并没有严格意义上地限制外部访问，仅仅只是一种语法意义上的变形。

>>> Foo.__dict__
mappingproxy({..., '_Foo__N': 0, ...})

>>> obj.__dict__
{'_Foo__x': 10}

>>> Foo._Foo__N
0
>>> obj._Foo__x
10
>>> obj._Foo__N
0

2、在类内部是可以直接访问双下滑线开头的属性的，比如self.__f1()，因为在类定义阶段类内部双下滑线开头的属性统一发生了变形。

class Foo(object):
 __x = 1 # _Foo__x = 1

 def __f1(self):
     print('from f1')
 def f2(self):
     print(self.__x)  # print(self.F00__x)
     print(self.__f1)  # print(self._Foo__f1)

obj = Foo()
obj.f2()      

3、变形操作只在类定义阶段发生一次,在类定义之后的赋值操作，不会变形。

>>> Foo.__M=100
>>> Foo.__dict__
mappingproxy({..., '__M': 100,...})
>>> Foo.__M
100

>>> obj.__y=20
>>> obj.__dict__
{'__y': 20, '_Foo__x': 10}
>>> obj.__y
20

【三】开放接口

定义属性就是为了使用，所以隐藏并不是目的

（1）隐藏数据属性

• 将数据隐藏起来就限制了类外部对数据的直接操作，然后类内应该提供相应的接口来允许类外部间接地操作数据，接口之上可以附加额外的逻辑来对数据的操作进行严格地控制

>>> class Teacher:
...     def __init__(self,name,age): # 将名字和年纪都隐藏起来
...         self.__name=name
...         self.__age=age
...     def tell_info(self): # 对外提供访问老师信息的接口
...         print('姓名:%s,年龄:%s' %(self.__name,self.__age))
...     def set_info(self,name,age): # 对外提供设置老师信息的接口，并附加类型检查的逻辑
...         if not isinstance(name,str):
...             raise TypeError('姓名必须是字符串类型')
...         if not isinstance(age,int):
...             raise TypeError('年龄必须是整型')
...         self.__name=name
...         self.__age=age
... 
>>>
>>> t=Teacher('lili',18)
>>> t.set_info(‘LiLi','19') # 年龄不为整型，抛出异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 11, in set_info
TypeError: 年龄必须是整型
>>> t.set_info('LiLi',19) # 名字为字符串类型，年龄为整形，可以正常设置
>>> t.tell_info() # 查看老师的信息
姓名:LiLi,年龄:19

（2）隐藏函数属性

• 目的的是为了隔离复杂度
  • 例如ATM程序的取款功能,该功能有很多其他功能组成，
    • 比如插卡、身份认证、输入金额、打印小票、取钱等
  • 而对使用者来说,只需要开发取款这个功能接口即可,其余功能我们都可以隐藏起来

>>> class ATM:
...     def __card(self): # 插卡
...         print('插卡')
...     def __auth(self): # 身份认证
...         print('用户认证')
...     def __input(self): # 输入金额
...         print('输入取款金额')
...     def __print_bill(self): # 打印小票
...         print('打印账单')
...     def __take_money(self): # 取钱
...         print('取款')
...     def withdraw(self): # 取款功能
...         self.__card()
...         self.__auth()
...         self.__input()
...         self.__print_bill()
...         self.__take_money()
...
>>> obj=ATM()
>>> obj.withdraw()

总结隐藏属性与开放接口，本质就是为了明确地区分内外，类内部可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；

而类外部只需拿到一个接口，只要接口名、参数不变，则无论设计者如何改变内部实现代码，使用者均无需改变代码。

这就提供一个良好的合作基础，只要接口这个基础约定不变，则代码的修改不足为虑。

【四】property

• BMI指数是用来衡量一个人的体重与身高对健康影响的一个指标，计算公式为

体质指数（BMI）=体重（kg）÷身高^2（m）
EX：70kg÷（1.75×1.75）=22.86

• 身高或体重是不断变化的
  • 因而每次想查看BMI值都需要通过计算才能得到，但很明显BMI听起来更像是一个特征而非功能，为此Python专门提供了一个装饰器property
  • 可以将类中的函数“伪装成”对象的数据属性，对象在访问该特殊属性时会触发功能的执行，然后将返回值作为本次访问的结果，例如

>>> 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)
...
>>> obj=People('lili',75,1.85)
>>> obj.bmi # 触发方法bmi的执行，将obj自动传给self，执行后返回值作为本次引用的结果
21.913805697589478

• 使用property有效地保证了属性访问的一致性。
  • 另外property还提供设置和删除属性的功能，如下

>>> class Foo:
...     def __init__(self,val):
...         self.__NAME=val # 将属性隐藏起来
...     @property
...     def name(self):
...         return self.__NAME
...     @name.setter
...     def name(self,value):
...         if not isinstance(value,str):  # 在设定值之前进行类型检查
...             raise TypeError('%s must be str' %value)
...         self.__NAME=value # 通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME
...     @name.deleter
...     def name(self):
...         raise PermissionError('Can not delete')
...
>>> f=Foo('lili')
>>> f.name
lili
>>> f.name='LiLi'  # 触发name.setter装饰器对应的函数name(f,’Egon')
>>> f.name=123     # 触发name.setter对应的的函数name(f,123),抛出异常TypeError
>>> del f.name     # 触发name.deleter对应的函数name(f),抛出异常PermissionError