编程自学指南：java程序设计开发，类的封装详解，通过 getter 和 setter 方法访问和修改私有属性，封装的概念和作用

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/beijing_oracle/article/details/146299352

编程自学指南：java程序设计开发，类的封装详解

一、课程信息

学习目标

理解类的封装概念和重要性。
掌握使用访问修饰符实现类的封装。
学会通过 getter 和 setter 方法访问和修改私有属性。
能够运用封装原则设计和实现简单的 Java 类。

课程重点

封装的概念和作用。
访问修饰符的使用。
getter 和 setter 方法的编写。

课程难点

如何合理运用封装来提高代码的安全性和可维护性。
理解封装在面向对象编程中的核心地位。

二、课程导入

生活中的封装实例

在生活中，我们经常会遇到封装的概念。比如，手机就是一个很好的例子。手机内部有复杂的电路、芯片等组件，但我们使用手机时，并不需要了解这些内部细节，只需要通过手机提供的按键、屏幕等接口来操作即可。这就是一种封装，将内部的实现细节隐藏起来，只对外提供简单的操作接口。

编程中的问题引入

在没有封装的情况下，我们可能会写出这样的代码：

class Student {
    String name;
    int age;
}

public class WithoutEncapsulation {
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
        student.name = "Tom";
        student.age = -10; // 这里年龄设置为负数，不符合实际情况
        System.out.println("Name: " + student.name + ", Age: " + student.age);
    }
}

在这个例子中，Student 类的属性 name 和 age 是公开的，外部代码可以直接访问和修改它们，这可能会导致数据的不一致性和安全性问题。

三、封装的概念

什么是封装

封装是面向对象编程的三大特性之一，它是指将对象的状态信息（属性）隐藏在对象内部，不允许外部程序直接访问，而是通过该对象提供的方法来实现对这些属性的操作和访问。

封装的作用

提高数据的安全性：可以防止外部代码随意修改对象的属性，避免数据被非法篡改。
提高代码的可维护性：将内部实现细节隐藏起来，当内部实现发生变化时，只要对外提供的接口不变，外部代码就不需要修改。
增强代码的复用性：封装好的类可以在不同的地方重复使用，提高开发效率。

四、访问修饰符

访问修饰符的种类

Java 提供了四种访问修饰符，用于控制类、属性和方法的访问权限：

public：公共的，被 public 修饰的类、属性和方法可以被任何类访问。
private：私有的，被 private 修饰的属性和方法只能在本类中访问。
protected：受保护的，被 protected 修饰的属性和方法可以在本类、同一个包中的其他类以及不同包中的子类中访问。
默认（无修饰符）：也称为包访问权限，被默认修饰的类、属性和方法只能在同一个包中的其他类访问。

示例代码

// 公共类
public class PublicClass {
    public String publicField; // 公共属性
    private int privateField; // 私有属性
    protected double protectedField; // 受保护属性
    String defaultField; // 默认属性

    public void publicMethod() {
        System.out.println("This is a public method.");
    }

    private void privateMethod() {
        System.out.println("This is a private method.");
    }

    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method.");
    }

    void defaultMethod() {
        System.out.println("This is a default method.");
    }
}

// 同一个包中的其他类
class AnotherClassInSamePackage {
    public static void main(String[] args) {
        PublicClass obj = new PublicClass();
        obj.publicField = "Hello";
        // obj.privateField = 10; // 编译错误，不能访问私有属性
        obj.protectedField = 3.14;
        obj.defaultField = "World";
        obj.publicMethod();
        // obj.privateMethod(); // 编译错误，不能访问私有方法
        obj.protectedMethod();
        obj.defaultMethod();
    }
}

五、使用封装实现类

步骤

将属性声明为私有：使用 private 修饰符将类的属性隐藏起来。
提供公共的 getter 和 setter 方法：通过 getter 方法获取属性的值，通过 setter 方法设置属性的值。

示例代码

class Student {
    private String name;
    private int age;

    // getter 方法
    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    // setter 方法
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age >= 0 && age <= 150) {
            this.age = age;
        } else {
            System.out.println("Invalid age!");
        }
    }
}

public class EncapsulationExample {
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
        student.setName("Alice");
        student.setAge(20);
        System.out.println("Name: " + student.getName() + ", Age: " + student.getAge());
        student.setAge(-10); // 会输出 "Invalid age!"
    }
}

在这个例子中，Student 类的 name 和 age 属性被声明为私有，外部代码不能直接访问它们。通过 getName() 和 getAge() 方法可以获取属性的值，通过 setName() 和 setAge() 方法可以设置属性的值。在 setAge() 方法中，我们添加了年龄的合法性检查，确保年龄在合理范围内。

六、封装的优点示例

安全性提升

通过封装，我们可以对属性的访问进行控制，避免非法数据的输入。如上面 Student 类的 setAge() 方法，防止了年龄被设置为负数。

可维护性提升

假设 Student 类的 age 属性存储方式发生变化，从 int 类型改为 LocalDate 类型（存储出生日期），只要 getAge() 和 setAge() 方法的接口不变，外部代码就不需要修改。

import java.time.LocalDate;
import java.time.Period;

class Student {
    private String name;
    private LocalDate birthDate;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        LocalDate currentDate = LocalDate.now();
        return Period.between(birthDate, currentDate).getYears();
    }

    public void setAge(int age) {
        LocalDate currentDate = LocalDate.now();
        this.birthDate = currentDate.minusYears(age);
    }
}