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Python封装的概念与实现

一、封装的核心概念

封装是面向对象编程的三大特性之一（封装、继承、多态），其核心包含两个层面：

1. 数据隐藏

   将对象的内部状态（属性）和实现细节隐藏，仅暴露必要的访问接口。

   数学表示：设对象状态为 \( S \)，对外接口为 \( I \)，则 \( I = f(S) \)

2. 行为绑定

   将操作数据的方法与数据本身绑定在同一个逻辑单元（类）中，形成自包含实体。

二、Python的封装实现机制

#1. 访问控制（命名约定）

• 公有成员：直接定义（如 `self.value`）
• 受保护成员：单下划线前缀（如 `self._value`）
• 私有成员：双下划线前缀（如 `self.__value`）

私有成员通过名称修饰（Name Mangling）实现：

\( \text{私有变量名} \rightarrow _ClassName__variableName \)

#2. 属性控制器（Property）

使用 `@property` 装饰器实现安全的属性访问：

class Temperature:
    def __init__(self):
        self.__celsius = 0  # 私有属性
    @property
    def celsius(self):  # Getter
        return self.__celsius
    @celsius.setter
    def celsius(self, value):  # Setter
        if value < -273.15:
            raise ValueError("绝对零度不可达")
        self.__celsius = value

三、完整封装示例

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance=0):
        self.owner = owner        # 公有属性
        self.__balance = balance   # 私有属性
    def deposit(self, amount):
        if amount <= 0:
            raise ValueError("必须为正数")
        self.__balance += amount
    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.__balance:
            raise ValueError("余额不足")
        self.__balance -= amount
    @property
    def balance(self):  # 只读接口
        return self.__balance

# 使用示例

account = BankAccount("张三", 1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(200)
print(f"{account.owner}的余额: {account.balance}元")
输出: 张三的余额: 1300元

四、封装的优势

1. 安全性：防止外部直接修改敏感数据（如 `__balance`）
2. 易维护：内部实现变更不影响外部调用（如修改余额计算逻辑）
3. 接口清晰：通过方法明确操作边界（如 `deposit()`/`withdraw()`）
4. 数据校验：可在方法中添加业务规则（如取款金额校验）

最佳实践：优先通过方法操作属性，避免直接暴露数据成员；对需要外部访问的属性使用property控制访问权限。

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