Java 封装

达者为先  师者之意

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1 封装的概念

• 将东西包在一起，然后以新的完整的形式呈现出来
• 将方法和字段包装到一个单元中，单元以类的形式实现
• 信息隐藏，隐藏对象的实现细节，不让外部直接访问到
• 将数据和方法包装进类，加上具体实现的隐藏（访问修饰符），共同被称作封装，其结果是一个同时带有特征和行为的数据类型

什么是封装类？
"定义类，定义其属性、方法的过程"成为封装类

封装将类的某些信息隐藏在类内部，不允许外部程序直接访问，只能通过该类提供的方法来实现对隐藏信息的操作和访问。例如：一台计算机内部极其复杂，有主板、CPU、硬盘和内存， 而一般用户不需要了解它的内部细节，不需要知道主板的型号、CPU 主频、硬盘和内存的大小，于是计算机制造商将用机箱把计算机封装起来，对外提供了一些接口，如鼠标、键盘和显示器等，这样当用户使用计算机就非常方便。

封装的特点：

• 只能通过规定的方法访问数据。
• 隐藏类的实例细节，方便修改和实现。

2 实现Java封装的步骤

实现封装的具体步骤如下：

• 修改属性的可见性来限制对属性的访问，一般设为 private。
• 为每个属性创建一对赋值（setter）方法和取值（getter）方法，一般设为 public，用于属性的读写。
• 在赋值和取值方法中，加入属性控制语句（对属性值的合法性进行判断）

以下举例说明：

1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问（一般限制为private），例如：

public class Person {
    private String name;
    private int age;
}

这段代码中，将 name 和 age 属性设置为私有的，只能本类才能访问，其他类都访问不了，如此就对信息进行了隐藏。

2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问，也就是创建一对赋取值方法，用于对私有属性的访问，例如：

public class Person{
    private String name;
    private int age;
​
    public int getAge(){
      return age;
    }
​
    public String getName(){
      return name;
    }
​
    public void setAge(int age){
      this.age = age;
    }
​
    public void setName(String name){
      this.name = name;
    }
}

采用 this 关键字是为了解决实例变量（private String name）和局部变量（setName(String name)中的name变量）之间发生的同名的冲突。

实例
让我们来看一个java封装类的例子：
EncapTest.java 文件代码：

/* 文件名: EncapTest.java */
public class EncapTest{
 
   private String name;
   private String idNum;
   private int age;
 
   public int getAge(){
      return age;
   }
 
   public String getName(){
      return name;
   }
 
   public String getIdNum(){
      return idNum;
   }
 
   public void setAge( int newAge){
      age = newAge;
   }
 
   public void setName(String newName){
      name = newName;
   }
 
   public void setIdNum( String newId){
      idNum = newId;
   }
}

以上实例中public方法是外部类访问该类成员变量的入口。

通常情况下，这些方法被称为getter和setter方法。

因此，任何要访问类中私有成员变量的类都要通过这些getter和setter方法。

通过如下的例子说明EncapTest类的变量怎样被访问：

RunEncap.java 文件代码：

/* F文件名 : RunEncap.java */
public class RunEncap{
   public static void main(String args[]){
      EncapTest encap = new EncapTest();
      encap.setName("James");
      encap.setAge(20);
      encap.setIdNum("12343ms");
 
      System.out.print("Name : " + encap.getName()+ 
                             " Age : "+ encap.getAge());
    }
}
/*
以上代码编译运行结果如下:
Name : James Age : 20
*/

3 this关键字详解

this 关键字是 Java 常用的关键字，可用于任何实例方法内指向当前对象，也可指向对其调用当前方法的对象，或者在需要当前类型对象引用时使用。

下面我们根据示例分别讲解 this 关键字的作用。

3.1 this.属性名

大部分时候，普通方法访问其他方法、成员变量时无须使用 this 前缀，但如果方法里有个局部变量和成员变量同名，但程序又需要在该方法里访问这个被覆盖的成员变量，则必须使用 this 前缀。

例 1
假设有一个教师类 Teacher 的定义如下：

public class Teacher {
    private String name;    // 教师名称
    private double salary;    // 工资
    private int age;    // 年龄
}

在上述代码中 name、salary 和 age 的作用域是 private，因此在类外部无法对它们的值进行设置。为了解决这个问题，可以为 Teacher 类添加一个构造方法，然后在构造方法中传递参数进行修改。代码如下：

// 创建构造方法，为上面的3个属性赋初始值
public Teacher(String name,double salary,int age) {
    this.name = name;    // 设置教师名称
    this.salary = salary;    // 设置教师工资
    this.age = age;    // 设置教师年龄
}

在 Teacher 类的构造方法中使用了 this 关键字对属性 name、salary 和 age 赋值，this 表示当前对象。this.name=name语句表示一个赋值语句，等号左边的 this.name 是指当前对象具有的变量 name，等号右边的 name 表示参数传递过来的数值。

创建一个 main() 方法对 Teacher 类进行测试，代码如下：

public static void main(String[] args) {
    Teacher teacher = new Teacher("王刚",5000.0,45);
    System.out.println("教师信息如下：");
    System.out.println("教师名称："+teacher.name+"\n教师工资："+teacher.salary+"\n教师年龄："+teacher.age);
}
/*
运行该程序，输出的结果如下所示。
教师信息如下：
教师名称：王刚
教师工资：5000.0
教师年龄：45
*/

提示：当一个类的属性（成员变量）名与访问该属性的方法参数名相同时，则需要使用 this 关键字来访问类中的属性，以区分类的属性和方法中的参数。

3.2 this.方法名

this 关键字最大的作用就是让类中一个方法，访问该类里的另一个方法或实例变量。
例 2
假设定义了一个 Dog 类，这个 Dog 对象的 run( ) 方法需要调用它的 jump( ) 方法，Dog 类的代码如下所示：

/**
 * 第一种定义Dog类方法
 **/
public class Dog {
    // 定义一个jump()方法
    public void jump() {
        System.out.println("正在执行jump方法");
    }
    // 定义一个run()方法，run()方法需要借助jump()方法
    public void run() {
        Dog d = new Dog();
        d.jump();
        System.out.println("正在执行 run 方法");
    }
}

使用这种方式来定义这个 Dog 类，确实可以实现在 run( ) 方法中调用 jump( ) 方法。下面再提供一个程序来创建 Dog 对象，并调用该对象的 run( ) 方法。

public class DogTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Dog对象
        Dog dog = new Dog();
        // 调用Dog对象的run()方法
        dog.run();
    }
}

在上面的程序中，一共产生了两个 Dog 对象，在 Dog 类的 run( ) 方法中，程序创建了一个 Dog 对象，并使用名为 d 的引用变量来指向该 Dog 对象。在 DogTest 的 main() 方法中，程序再次创建了一个 Dog 对象，并使用名为 dog 的引用变量来指向该 Dog 对象。

下面我们思考两个问题。

1. 在 run( ) 方法中调用 jump( ) 方法时是否一定需要一个 Dog 对象？
   答案是肯定的，因为没有使用 static 修饰的成员变量和方法都必须使用对象来调用。

2. 是否一定需要重新创建一个 Dog 对象？
   不一定，因为当程序调用 run( ) 方法时，一定会提供一个 Dog 对象，这样就可以直接使用这个已经存在的 Dog 对象，而无须重新创建新的 Dog 对象了。因此需要在 run() 方法中获得调用该方法的对象，通过 this 关键字就可以满足这个要求。

this 可以代表任何对象，当 this 出现在某个方法体中时，它所代表的对象是不确定的，但它的类型是确定的，它所代表的只能是当前类的实例。只有当这个方法被调用时，它所代表的对象才被确定下来，谁在调用这个方法，this 就代表谁。

将前面的 Dog 类的 run( ) 方法改为如下形式会更加合适，run( ) 方法代码修改如下，其它代码不变。

/**
 * 第二种定义Dog类方法
 **/
// 定义一个run()方法，run()方法需要借助jump()方法
public void run() {
    // 使用this引用调用run()方法的对象
    this.jump();
    System.out.println("正在执行run方法");
}

从第一种 Dog 类定义来看，在 Dog 对象的 run( ) 方法内重新创建了一个新的 Dog 对象，并调用它的 jump( ) 方法，这意味着一个 Dog 对象的 run( ) 方法需要依赖于另一个 Dog 对象的 jump( ) 方法，这不符合逻辑。

第二种 Dog 类定义是当一个 Dog 对象调用 run( ) 方法时，run( ) 方法需要依赖它自己的 jump( ) 方法，与第一种定义类的方法相比，更符合实际情形。

在现实世界里，对象的一个方法依赖于另一个方法的情形很常见，例如，吃饭方法依赖于拿筷子方法，写程序方法依赖于敲键盘方法。这种依赖都是同一个对象两个方法之间的依赖。因此，Java 允许对象的一个成员直接调用另一个成员，可以省略this前缀。也就是说，将上面的 run( ) 方法改为如下形式也完全正确。

public void run() {
    jump();
    System.out.println("正在执行run方法");
}

大部分时候，一个方法访问该类中定义的其他方法、成员变量时加不加 this 前缀的效果是完全一样的。

注意：对于 static 修饰的方法而言，可以使用类来直接调用该方法，如果在 static 修饰的方法中使用 this 关键字，则这个关键字就无法指向合适的对象。所以，static 修饰的方法中不能使用 this 引用。并且 Java 语法规定，静态成员不能直接访问非静态成员。

省略 this 前缀只是一种假象，虽然程序员省略了调用 jump() 方法之前的 this，但实际上这个 this 依然是存在的。

3.3 this( )访问构造方法

this( ) 用来访问本类的构造方法（构造方法是类的一种特殊方法，方法名称和类名相同，没有返回值，括号中可以有参数，如果有参数就是调用指定的有参构造方法。

例 3
下面定义一个 Student 类，使用 this( ) 调用构造方法给 name 赋值，Student 类的代码如下所示：

public class Student {
    String name;
    // 无参构造方法（没有参数的构造方法）
    public Student() {
        this("张三");
    }
    // 有参构造方法
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    // 输出name和age
    public void print() {
        System.out.println("姓名：" + name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.print();
    }
}
/*
输出结果为：
姓名：张三
*/

注意：

• this( ) 不能在普通方法中使用，只能写在构造方法中。
• 在构造方法中使用时，必须是第一条语句。

4 封装例子

下面以一个员工类的封装为例介绍封装过程。一个员工的主要属性有姓名、年龄、联系电话和家庭住址。假设员工类为 Employee，示例如下：

public class Employee {
    private String name; // 姓名
    private int age; // 年龄
    private String phone; // 联系电话
    private String address; // 家庭住址
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        // 对年龄进行限制
        if (age < 18 || age > 40) {
            System.out.println("年龄必须在18到40之间！");
            this.age = 20; // 默认年龄
        } else {
            this.age = age;
        }
    }
    public String getPhone() {
        return phone;
    }
    public void setPhone(String phone) {
        this.phone = phone;
    }
    public String getAddress() {
        return address;
    }
    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
}

如上述代码所示，使用 private 关键字修饰属性，这就意味着除了 Employee 类本身外，其他任何类都不可以访问这些属性。但是，可以通过这些属性的 setXxx() 方法来对其进行赋值，通过 getXxx() 方法来访问这些属性。

在 age 属性的 setAge() 方法中，首先对用户传递过来的参数 age 进行判断，如果 age 的值不在 18 到 40 之间，则将 Employee 类的 age 属性值设置为 20，否则为传递过来的参数值。

编写测试类 EmployeeTest，在该类的 main() 方法中调用 Employee 属性的 setXxx() 方法对其相应的属性进行赋值，并调用 getXxx() 方法访问属性，代码如下：

public class EmployeeTest {
    public static void main(String[] args) {
        Employee people = new Employee();
        people.setName("王丽丽");
        people.setAge(35);
        people.setPhone("13653835964");
        people.setAddress("河北省石家庄市");
        System.out.println("姓名：" + people.getName());
        System.out.println("年龄：" + people.getAge());
        System.out.println("电话：" + people.getPhone());
        System.out.println("家庭住址：" + people.getAddress());
    }
}
/*
运行该示例，输出结果如下：
姓名：王丽丽
年龄：35
电话：13653835964
家庭住址：河北省石家庄市
*/

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