Java基礎04 封裝與介面

ii_chengzi發表於2019-11-13
Java封裝

作者：Vamei 出處：http://www.cnblogs.com/vamei 歡迎轉載，也請保留這段宣告。謝謝！

 

總結之前的內容，物件(object)指代某一事物，類(class)指代象的型別。物件可以有狀態和動作，即資料成員和方法。

到現在為止，資料成員和方法都是同時開放給內部和外部的。在物件內部，我們利用this來呼叫物件的資料成員和方法。在物件外部，比如當我們在另一個類中呼叫物件的時，可以使用 物件.資料成員 和 物件.方法() 來呼叫物件的資料成員和方法。

我們將要封裝(encapsulation)物件的成員(成員包括資料成員和方法)，從而只允許從外部呼叫部分的成員。利用封裝，我們可以提高物件的易用性和安全性。

 

封裝與介面

封裝(encapsulation)是計算機常見的術語，即保留有限的外部介面(interface)，隱藏具體實施細節。比如在Linux架構，就可以看到Linux作業系統封裝了底層硬體的具體細節，只保留了系統呼叫這一套介面。使用者處在封裝的外部，只能通過介面，進行所需的操作。

 

封裝在生活中很常見。比如下面是一個充電電筒:

一個使用者即使不看說明書，也可以猜到這個電筒的操作: 開關和充電。這個電筒用一個塑料殼將使用者不需要接觸的內部細節隱藏起來，只保留了兩個介面，開關和電插頭。使用這兩個介面，使用者足以使用該產品在設計中想要實現的功能。如果所有的細節都同時暴露給使用者，那麼使用者會對產品感到不知所措 (比如下面不加殼的遙控器)。因此，封裝提高了產品的易用性。

 

如果產品不封裝，電筒或者遙控器的許多細節會暴露在使用者面前: 電池、電路、密封的橡膠等等。儘管這可以讓使用者更自由的對產品實施操作，比如直接給電池放電，取出一個LED燈等等。然而，使用者往往要承擔更大的損壞產品的風險。因此，封裝提高了產品的安全性。

 

一個Java軟體產品與一個日常產品相同。一個物件內部可以有許多成員(資料成員和方法)。有一些資料成員和方法只是內部使用。這時，我們會希望有一個給物件“加殼”的機制，從而封裝物件。這樣，使用者可以比較容易學習和使用外部的介面，而不必接觸內部成員。

 

物件成員的封裝

Java通過三個關鍵字來控制物件的成員的外部可見性(visibility): public, private, protected。

  • public: 該成員外部可見，即該成員為介面的一部分
  • private: 該成員外部不可見，只能用於內部使用，無法從外部訪問。

(protected涉及繼承的概念，放在以後說)

 

我們先來封裝以前定義的Human類:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Human aPerson = new Human(160);
        System.out.println(aPerson.getHeight());
        aPerson.growHeight(170);
System.out.println(aPerson.getHeight());
        aPerson.repeatBreath(100);
    }

}

class Human
{
    /**
     * constructor
     */
    public Human(int h)
    {
        this.height = h;
        System.out.println("I'm born");
    }

    /**
     * accessor
     */
    public int getHeight()
    {
       return this.height;
    }

    /**
     * mutator
     */
    public void growHeight(int h)
    {
        this.height = this.height + h;
    }

     /**
      * encapsulated, for internal use
      */
    private void breath()
    {
        System.out.println("hu...hu...");
    }


   /**
    * call breath()
    */
    public void repeatBreath(int rep)
    {
        int i;
        for(i = 0; i < rep; i++) {
            this.breath();
        }
    }

    private int height; // encapsulated, for internal use
}

內部方法並不受封裝的影響。Human的內部方法可以呼叫任意成員，即使是設定為private的height和breath()

外部方法只能呼叫public成員。當我們在Human外部時，比如Test中，我們只能呼叫Human中規定為public的成員，而不能呼叫規定為private的成員。

通過封裝，Human類就只保留了下面幾個方法作為介面:

  • getHeight()
  • growHeight()
  • repBreath()

 

我們可以將Human類及其介面表示為如下圖的形式:

“加了殼的遙控器”

 

如果我們從main中強行呼叫height:

System.out.println(aPerson.height);

將會有如下錯誤提示:

Test.java:6: height has private access in Human
        System.out.println(aPerson.height);
                                  ^
1 error

Beep, 你觸電了！ 一個被說明為private的成員，不能被外部呼叫。

 

在Java的通常規範中，表達狀態的資料成員(比如height)要設定成private。對資料成員的修改要通過介面提供的方法進行(比如getHeight()和growHeight())。這個規範起到了保護資料的作用。使用者不能直接修改資料，必須通過相應的方法才能讀取和寫入資料。類的設計者可以在介面方法中加入資料的使用規範。

 

類的封裝

在一個.java檔案中，有且只能有一個類帶有public關鍵字，比如上面的Test類。所以，從任意其他類中，我們都可以直接呼叫該類。Human類沒有關鍵字。更早之前，我們物件的成員也沒有關鍵字。這種沒有關鍵字的情況也代表了一種可見性，我將在包(package)的講解中深入。

 

練習 封裝一個Torch類，來表示電筒。介面有開關和充電。內部的成員有電量。

 

總結

封裝，介面

private, public

 

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