python面向对象: 封装

引子

从封装本身的意思去理解，封装就好像是拿来一个麻袋，把小猫，小狗，小王八一起装进麻袋，然后把麻袋封上口子，按照这种逻辑看，封装=‘隐藏’，这种理解是相当片面的

先看如何隐藏

class A:
    __N = 0     # 类的数据属性就应该是共享的，但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为
    def __init__(self):
        self.__X = 10     # 变形为self._A__X
    def __foo(self):    # 变形为_A__foo
        print('from A')
    def bar(self):
        self.__foo()    # 只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到

# A._A__N是可以访问到的，即这种操作并不是严格意义上的限制外部访问，仅仅是一种语法意义上的变形

　　

这种自动变形的特点：

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，即双下划线开头的属性在继承给子类时，子类无法覆盖的

 这种变形需要注意的问题是：

1. 这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性，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:a._A__N
2. 变形的过程只在类的定义时发生一次，在定义后的赋值操作，不会变形

 　　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

# 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()
print(b.test())

# 把fa定义成私有的，即__fa
class A:
    def __fa(self):     # 在定义时就变成为__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()
print(b.test())

　　

封装不是单纯意义的隐藏

1：封装数据

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，一次完成对数据属性操作的严格控制

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

    def tell_info(self):
        print('姓名:%s, 年龄:%s' % (self.__name, self.__age))

    def set_info(self, name, age):
        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('egon', 18)
t.tell_info()

t.set_info('egon', 20)
t.tell_info()

　　

2：封装方法：目的是隔离复杂度

# 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
class ATM:
    def __card(self):
        print("插卡")

    def __auth(self):
        print("用户认证")

    def __input(self):
        print("输入数据")

    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()

　　

封装方法的其它举例：

1. 电视机本身是一个黑盒子，隐藏了所有细节，但是一定会对外提供了一堆按钮，这些按钮也正是接口的概念，所以说，封装并不是单纯意义的隐藏
2. 快门就是傻瓜相机为傻瓜们提供的方法，该方法内部复杂的照相概念都隐藏起来了

提示：在编程语言里，对外提供的接口（接口可理解为一个入口），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

特性（property）

什么是特性property

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

例一：BMI指数（BMI是计算出来的，单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）

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

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)

p1 = People('egon', 75, 1.85)
print(p1.bmi)

　

例二：圆的周长和面积

# # 圆的周长和面积
import math
class Circle:
    def __init__(self, radius): # 圆的半径radius
        self.radius = radius

    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius**2 # 计算面积

    @property
    def perimeter(self):
        return 2*math.pi*self.radius    # 计算周长

c = Circle(10)
print(c.radius)
print(c.area)       # 可以向访问数据属性一样去访问area，会触发一个函数的执行，动态计算出一个值
print(c.perimeter)

　　注意：此时的特性area和perimeter不能被赋值

c.area=3 #为特性area赋值
'''
抛出异常:
AttributeError: can't set attribute
'''

　　

为什么要用property

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，根本无法擦觉自己的name是执行了一个函数后计算出来的，这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则

除此之外，看下

ps：面向对象的封装有三种方法：
【public】
这种其实就是不封装，是对外公开的
【protected】
这种封装方式对外不公开，单对朋友（friend）或者子类（形象的说法是“儿子”）
【private】
这种封装对谁都不公开

　　

python并没有在语法上把它们三个内建到自己的class机制中，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）去设置和获取，在python中通过property方法可以实现

class Foo:
    def __init__(self, val):
        self.__NAME=val # 将所有的数据属性都隐藏起来
    @property
    def name(self):
        return self.__NAME      # obj.name访问的是self.__name(这也是真实值的存放位置)

    @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 TypeError('can not delete')

f = Foo('egon')
print(f.name)

　　

封装与扩展性

封装在于明确区分内外，使得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，而外包使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，这就提供一个良好的合作基础——或者说，只要接口这个基础约定不变，则代码改变不足为虑

lass Room:
    def __init__(self, name, owner, width, length, hight):
        self.name = name
        self.owner = owner
        self.__width = width
        self.__length = length
        self.__hight = hight

    def tell_area(self):         # 对外提供的接口，隐藏内部的实现细节，此时我们想求的是面积
        return self.__width * self.__length * self.__hight

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