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5.2 類和封裝
建立類時，通常會嘗試將類的內部細節進行封裝。本節介紹 Python 程式設計中有關封裝的習慣用法（包括私有變數和私有屬性）。
Public vs Private
雖然類的主要作用之一是封裝物件的屬性和內部實現細節。但是，類還定義了外界用來操作該物件的公有介面（public interface）。實現細節與公有介面之間的區別很重要。
問題
在 Python 中，幾乎所有與類和物件有關的東西都是開放（open）的。
- 可以輕鬆地檢視物件的內部細節。
- 可以隨意地修改。
- 沒有訪問控制的概念（例如：私有類成員）。
如何隔離內部實現的細節，這是一個問題。
Python 封裝
Python 依賴程式設計約定來指示某些東西的用途。這就約定基於命名。有一種普遍的態度是，程式設計師應該遵守規則，而不是讓語言來強制執行規則。
私有屬性
以下劃線 _ 開頭的任何屬性被認為是私有的（private）。
class Person(object):
def __init__(self, name):
self._name = 0
如前所述，這這是一種程式設計風格。你仍然可以對這些私有屬性進行訪問和修改。
>>> p = Person('Guido')
>>> p._name
'Guido'
>>> p._name = 'Dave'
>>>
一般來說，一個以下劃線 _ 開頭的名稱被認為是內部實現，無論該名稱是變數名、函式名還是模組名。如果你發現自己直接使用這些名稱，那麼你可能在做一些錯誤的事情。你應該尋找更高階的功能。
簡單屬性
考慮下面這個類：
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
這裡有一個讓人驚訝的特性，你可以給屬性設定任何值：
>>> s = Stock('IBM', 50, 91.1)
>>> s.shares = 100
>>> s.shares = "hundred"
>>> s.shares = [1, 0, 0]
>>>
你可能會想要對此進行檢查（譯註：例如 shares 表示的是股份數目，值應該是整數。所以給 shares 賦值時應該對值進行檢查。如果檢查發現給 shares 賦的值不是整數，那麼應該觸發一個 TypeError 異常）：
s.shares = '50' # Raise a TypeError, this is a string
這時候你會怎麼做？
託管屬性
方法一：引進訪問方法（accessor methods）。
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.set_shares(shares)
self.price = price
# Function that layers the "get" operation
def get_shares(self):
return self._shares
# Function that layers the "set" operation
def set_shares(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise TypeError('Expected an int')
self._shares = value
糟糕的是，這破壞了我們的已有程式碼。例如：之前是通過 s.shares = 50 給 shares 賦值的，那麼現在就要改成s.set_shares(50) 給 shares 賦值，這很不好。
特徵屬性（Properties）
方法二：
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
@property
def shares(self):
return self._shares
@shares.setter
def shares(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise TypeError('Expected int')
self._shares = value
現在，普通屬性（normal attribute）的訪問觸發了 @property 和 @shares.setter 下的 getter 方法和 setter 方法。
>>> s = Stock('IBM', 50, 91.1)
>>> s.shares # Triggers @property
50
>>> s.shares = 75 # Triggers @shares.setter
>>>
使用該方法，不需要對原始碼做任何修改。在類內（包括在 __init__() 方法內）有賦值的時候，直接呼叫新的 setter：
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
...
# This assignment calls the setter below
self.shares = shares
...
...
@shares.setter
def shares(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise TypeError('Expected int')
self._shares = value
特徵屬性和私有名稱（ private names）的使用之間經常會出現混淆。儘管特徵屬性內部使用的是私有名稱，如 _shares。類的其它地方（不是特徵屬性），仍可以繼續使用諸如 shares 這樣的名稱。
特徵屬性對於計算資料屬性也非常有用。
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
@property
def cost(self):
return self.shares * self.price
...
這允許你刪除 cost 後面的括號，隱藏 cost 是一個方法的事實：
>>> s = Stock('GOOG', 100, 490.1)
>>> s.shares # Instance variable
100
>>> s.cost # Computed Value
49010.0
>>>
統一訪問
最後一個例子展示瞭如何在物件上放置一個更加統一的介面。如果不這樣做，物件使用起來可能會令人困惑。
>>> s = Stock('GOOG', 100, 490.1)
>>> a = s.cost() # Method
49010.0
>>> b = s.shares # Data attribute
100
>>>
為什麼 cost 後面需要加上括號 ()，但是 shares 卻不需要？ 特徵屬性可以解決這個問題。
裝飾器語法
@ 語法稱為“裝飾（decoration）”。它指定了一個修飾符（modifier），應用於緊接其後的函式定義：
...
@property
def cost(self):
return self.shares * self.price
更多細節在 第 7 節 中給到。
插槽屬性（__slots__）
你可以使用 __slots__ 限制屬性名稱集：
class Stock:
__slots__ = ('name','_shares','price')
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
...
使用其它屬性時，將會觸發錯誤：
>>> s.price = 385.15
>>> s.prices = 410.2
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
AttributeError: 'Stock' object has no attribute 'prices'
管這樣可以防止錯誤和限制物件的使用，但實際上使用 __slots__ 是為了提高效能，提高 Python 利用記憶體的效率。
關於封裝的最終說明
不要濫用私有屬性（private attributes），特徵屬性（properties），插槽屬性（slots）等。它們有特殊的用途，你在閱讀其它 Python 程式碼時可能會看到。但是，對於大多數日常編碼而言，它們不是必需的。
練習
練習 5.6：簡單特徵屬性
使用特徵屬性是一種非常有用的給物件新增“計算屬性”的方式。雖然你在 stock.py 檔案中建立了 Stock 物件，但是請注意，在 Stock 物件上 ，對於不同型別的屬性，獲取方式稍微有點不同。
>>> from stock import Stock
>>> s = Stock('GOOG', 100, 490.1)
>>> s.shares
100
>>> s.price
490.1
>>> s.cost()
49010.0
>>>
具體來說，cost 後面之所以要新增括號，是因為 cost 是一個方法。
如果你想去掉 cost() 的括號，那麼可以把該方法轉為一個特徵屬性。請修改 Stock 類，使其像下面這樣計算所持有股票的總價:
>>> ================================ RESTART ================================
>>> from stock import Stock
>>> s = Stock('GOOG', 100, 490.1)
>>> s.cost
49010.0
>>>
嘗試將 cost作為方法呼叫（s.cost()），你會發現，現在已經被定義為特徵屬性的 cost 無法作為方法被呼叫。
>>> s.cost()
... fails ...
>>>
這些更改很可能會破壞你之前的 pcost.py 程式，所以，你可能需要返回到 pcost.py 中去掉 cost() 方法後面的括號()。
練習 5.7：特徵屬性和 Setters
請修改 shares 屬性，以便將該值儲存在私有屬性中，並且使用屬性函式（property functions）確保賦給 shares 的值總是整數。預期行為示例：
>>> ================================ RESTART ================================
>>> from stock import Stock
>>> s = Stock('GOOG',100,490.10)
>>> s.shares = 50
>>> s.shares = 'a lot'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: expected an integer
>>>
練習 5.8：新增插槽屬性（slots）
請修改 Stock 類，以便 Stock 類擁有一個 __slots__ 屬性。然後確認無法新增新屬性:
>>> ================================ RESTART ================================
>>> from stock import Stock
>>> s = Stock('GOOG', 100, 490.10)
>>> s.name
'GOOG'
>>> s.blah = 42
... see what happens ...
>>>
使用 __slots__ 時，Python 使用更高效的物件內部表示。如果你嘗試檢視例項 s 的底層字典會發生什麼？
>>> s.__dict__
... see what happens ...
>>>
應當指出， __slots__ 作為資料結構是類中最常用的一種優化。使用插槽屬性使程式佔用更少的記憶體，執行更快。但是，在其它大多數類中，你應該儘可能避免使用 __slots__ 。