面向对象三大特性——封装（含property）

一、封装概念

　　封装是面向对象的特征之一，是对象和类概念的主要特性。

　　封装就是把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。

二、隐藏属性

　　在python中用双下划线开头的方式将属性隐藏起来（设置成私有的）

　　其实这仅仅这是一种变形操作，类中所有双下划线开头的名称如__x都会自动变形成：_类名__x的形式。

class A:
    __x = 1  # _A__x = 1

    def __init__(self, name):
        self.__name = name  # self._A__name='egon'

    def __foo(self):   # _A__foo
        print('%s foo run' % self.__name)

    def bar(self):
        self.__foo()  # self._A__foo()
        print('from bar')

# 无法找到类的属性和函数：
# print(A.__x)
# print(A.__foo)

print(A.__dict__)   # 可以查看到_A__foo;bar这两个函数
# 输出：{'__module__': '__main__', '_A__x': 1, '__init__': <function A.__init__ at 0x101f211e0>, '_A__foo': <function A.__foo at 0x101f21378>, 'bar': <function A.bar at 0x101f212f0>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'A' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'A' objects>, '__doc__': None}

a = A('egon')
a._A__foo()  # 通过这种方式可以访问类隐藏函数
# 输出：egon foo run
a.bar()
"""
egon foo run
from bar
"""

　　可以看到类的属性和函数在前面加'__'，在类定义阶段就发生了变形，变形后在外部就无法通过.__x或.__func来调用。

1、自动变形的特点

　　1）类中定义的__x只能在内部使用，如self.__x，引用的就是变形的结果。

　　2）这种变形其实正是针对外部的变形，在外部是无法通过__x这个名字访问到的。

　　3）在子类定义的__x不会覆盖在父类定义的__x，因为子类中变形成了：_子类名__x,而父类中变形成了：_父类名__x，即双下滑线开头的属性在继承给子类时，子类是无法覆盖的。

class Foo:
    def __func(self):   # _Foo_func
        print('from foo')


class Bar(Foo):
    def __func(self):   # _Bar__func
        print('from bar')
        
b = Bar()
# b.func()   # AttributeError：没有这个属性
b._Bar__func()  # 输出：from bar

2、变形需要注意的问题

　　1）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

class B:
    __x = 1

    def __init__(self, name):
        self.__name = name

print(B._B__x)
"""
1
"""

　　2）变形的过程只在类的定义时发生一次，定义后的赋值操作，不会变形

>>> class A:
...     def __init__(self):
...             self.__X=10
... 
>>> a=A()
>>> a.__dict__
{'_A__X': 10}
>>> a.__Y=2131
>>> a.__dict__
{'_A__X': 10, '__Y': 2131}    # __Y没有变形

　　3）在继承中，父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以将方法定义为私有的

class A:
    def __foo(self):  # _A__foo
        print('A foo')

    def bar(self):
        print('A.bar')
        self.__foo()  # self._A__foo()

class B(A):
    def __foo(self):  # _B__foo
        print('B.foo')

b = B()
b.bar()
"""
A.bar
A foo  # 只在自己类找方法不去其他类查找，子类不覆盖父类方法
"""

#正常情况
>>> 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定义成私有的，即__fa
>>> class A:
...     def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
... 
>>> class B(A):
...     def __fa(self):
...         print('from B')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from A

 

三、封装的意义

　　封装不是单纯意义的隐藏

1、封装数据属性

　　将数据隐藏起来这不是目的。隐藏起来然后对外提供操作该数据的接口，然后我们可以在接口附加上对该数据操作的限制，以此完成对数据属性操作的严格控制。

提示：在编程语言里，对外提供的接口（接口可理解为了一个入口），可以是函数，称为接口函数，这与接口的概念还不一样，接口代表一组接口函数的集合体。

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

    def tell_info(self):
        print('Name:<%s> Age:<%s>' % (self.__name, self.__age))

    def set_info(self, name, age):
        if not isinstance(name, str):
            print('名字必须是字符串类型')
            return
        if not isinstance(age, int):
            print('年龄必须是数字类型')
            return
        self.__name = name
        self.__age = age


p = People('egon', 18)

# p.tell_info()
"""
Name:<egon> Age:<18>  # 封装数据，开放接口给外部访问
"""

# p.set_info('Egon', 38) # 修改数据只能通过接口来完成，可以通过接口完成各种限制
# p.tell_info()
"""
Name:<Egon> Age:<38>
"""

# p.set_info(123, 38)
"""
名字必须是字符串类型
"""
p.set_info('egon', '38')
p.tell_info()
"""
年龄必须是数字类型
Name:<egon> Age:<18>
"""

2、封装方法

　　隔离复杂度。

class ATM:
    def __card(self):
        print('插卡')
    def __auth(self):
        print('输入取款金额')
    def __input(self):
        print('输入取款金额')
    def __print_bill(self):
        print('打印账单')
    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()
"""
插卡
输入取款金额
输入取款金额
打印账单
取款
"""

　　由上例可以看到，取款是功能,而这个功能有很多功能组成:插卡、密码认证、输入金额、打印账单、取钱；对使用者来说,只需要知道取款这个功能即可,其余功能我们都可以隐藏起来,很明显这么做隔离了复杂度,同时也提升了安全性

四、封装和扩展性

　　封装在于明确区分内外，使得类实现者可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；而外部使用用者只知道一个接口(函数)，只要接口（函数）名、参数不变，使用者的代码永远无需改变。

class Room:
    def __init__(self, name, owner, weight, length, height):
        self.name = name
        self.owner = owner

        self.__weight = weight
        self.__length = length
        self.__height = height

    def tell_area(self):
        return self.__weight * self.__length


r = Room('卫生间', 'alex', 10, 10, 10)

print(r.tell_area())  # 不管是求面积还是体积，用户调用的方式不变

　　由上例可以看出，只要接口这个基础约定不变，就不用担心代码的改动。

#类的设计者
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): #对外提供的接口，隐藏了内部的实现细节，此时我们想求的是面积
        return self.__width * self.__length


#使用者
>>> r1=Room('卧室','egon',20,20,20)
>>> r1.tell_area() #使用者调用接口tell_area


#类的设计者，轻松的扩展了功能，而类的使用者完全不需要改变自己的代码
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): #对外提供的接口，隐藏内部实现，此时我们想求的是体积,内部逻辑变了,只需求修该下列一行就可以很简答的实现,而且外部调用感知不到,仍然使用该方法，但是功能已经变了
        return self.__width * self.__length * self.__high


#对于仍然在使用tell_area接口的人来说，根本无需改动自己的代码，就可以用上新功能
>>> r1.tell_area()

五、特性（property）

1、property概念

　　property是一种特殊的属性，访问它时会执行一段功能（函数）然后返回值。

2、计算BMI指数示例

　　下面以计算BMI指数为例：（bmi是计算而来的，但很明显它听起来像是一个属性而非方法，如果我们将其做成一个属性，更便于理解）

　　BMI指数：（BMI是计算而来的，很明显它听起来像一个属性而非方法，如果我们将其作为一个属性，更便于理解）
　　成人的BMI数值：
　　过轻：低于18.5
　　正常：18.5-23.9
　　过重：24-27
　　肥胖：28-32
　　非常肥胖：高于32
　　体质指数（BMI）= 体重（KG）/ 身高^2（M）
　　EX：70KG / (1.75*1.75) = 22.86

（1）普通解决办法

class People:
    def __init__(self, name, weight, height):
        self.name = name
        self.weight = weight
        self.height = height

p = People('jack', 48, 1.65)
p.bmi = p.weight / (p.height ** 2)

print(p.bmi)
"""
17.63085399449036
egon
dragon
名字必须是字符串类型
dragon
不允许删除
"""

（2）添加函数改写的方法

class People:
    def __init__(self, name, weight, height):
        self.name = name
        self.weight = weight
        self.height = height

    def bmi(self):
        print('===>')
        return self.weight / (self.height ** 2)

p = People('SH', 53, 1.70)
print(p.bmi())  # bmi是一个名词，却使用bmi()，容易误解为一个动作

（3）添加property装饰器的方法

class People:
    def __init__(self, name, weight, height):
        self.name = name
        self.weight = weight
        self.height = height

    @property    # 应用场景：有一个值是通过计算得来的，首选定义方法，运用property让使用者感知不到
    def bmi(self):
        print('===>')
        return self.weight / (self.height ** 2)  # 必须有返回值

p = People('SH', 53, 1.70)
print(p.bmi)   # 使用者像访问数据属性一样访问bmi，方法被伪装
"""
===>
18.339100346020764
"""
p.height = 1.82
print(p.bmi)
"""
===>
16.000483033450067
"""
p.bmi = 333  # 报错，看起来像数据属性，其实还是一个方法，不能赋值

3、property好处

　　将一个类的函数定义成特性以后，对象再去使用的时候obj.name,根本无法察觉自己的name是执行了一个函数然后计算出来的，这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则。总结来说：把一些计算得到的属性伪装得像数据属性一样被用户访问。

六、property其他用法（set\get\delete方法）

　　在C++里一般会将所有的所有的数据都设置为私有的，然后提供set和get方法（接口）。Python中通过property来实现这个功能：

class People:
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

p = People('egon')
print(p.get_name())  # 输出：egon

　　在上面的代码中，People的name属性被封装，不能直接访问，因此给类添加了一个get_name()方法来查看内部已经封装的属性。

　　但是这种这种情况下，用户的属性调用方式发生了改变。可以通过@property解决该问题。

class People:
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        return self.__name

p = People('egon')
print(p.name)   # 输出：egon

　　调用方式已经和普通属性相同，但是在上面bmi的代码中可以看到，这种情况下是不能对隐藏属性赋值的。要实现赋值，需要运用@name.setter装饰器(name被property装饰后才可用)进行如下修改：

class People:
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        # print('getter')
        return self.__name

    @name.setter
    def name(self, val):
        # print('setter', val)
        if not isinstance(val, str):
            print('名字必须是字符串类型')
            return
        self.__name=val

    @name.deleter
    def name(self):
        # print('deleter')
        print('不允许删除')

p = People('egon')
print(p.name)    # 输出：egon
p.name = 'dragon'
print(p.name)   # 输出：dragon  # name修改成功

p.name = 123   # 输出：名字必须是字符串类型（报错）
print(p.name)  # 输出：dragon

del p.name  # 输出：不允许删除（报错）

　　如代码所示，实现了name属性的修改和删除，@name.deleter和@name.setter都是基于name被@property装饰才可用的。