封装和访问修饰符

概述

封装是面向对象编程（OOP）的四大基本概念之一，其他三个是继承、多态和抽象。封装的主要目的是隐藏对象的内部状态和实现细节，只暴露必要的接口给外部使用。通过封装，我们可以控制对象的访问权限，提高代码的安全性和可维护性。

在Java中，封装通过访问修饰符来实现。访问修饰符决定了类、方法和变量的可见性。Java提供了四种访问修饰符：public、private、protected 和默认（不使用任何修饰符）。

访问修饰符

1. `public`

作用范围：全局可见。
使用场景：当你希望一个类、方法或变量在任何地方都可以被访问时，使用public修饰符。

public class MyClass {
    public int publicVariable = 10;

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

2. `private`

作用范围：仅在当前类中可见。
使用场景：当你希望一个方法或变量只能在当前类中访问时，使用private修饰符。通常用于隐藏类的内部实现细节。

public class MyClass {
    private int privateVariable = 20;

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

3. `protected`

作用范围：在同一个包内和所有子类中可见。
使用场景：当你希望一个方法或变量在同一个包内和所有子类中可以访问时，使用protected修饰符。

public class MyClass {
    protected int protectedVariable = 30;

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

4. 默认（不使用任何修饰符）

作用范围：在同一个包内可见。
使用场景：当你希望一个方法或变量在同一个包内可以访问时，不使用任何修饰符。

class MyClass {
    int defaultVariable = 40;

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

封装实践

封装的核心思想是通过private修饰符隐藏类的内部状态，并通过public或protected方法提供对外的接口。这样可以确保类的内部状态不会被外部直接修改，从而提高代码的安全性和可维护性。

示例代码

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    // 构造方法
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

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

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

    // Getter方法
    public int getAge() {
        return age;
    }

    // Setter方法
    public void setAge(int age) {
        if (age > 0) {
            this.age = age;
        } else {
            System.out.println("Age must be a positive number.");
        }
    }

    // 显示学生信息的方法
    public void displayInfo() {
        System.out.println("Name: " + name);
        System.out.println("Age: " + age);
    }
}

解释

私有变量：name 和 age 被声明为private，这意味着它们只能在Student类内部访问。
Getter和Setter方法：通过public的getName、setName、getAge和setAge方法，外部代码可以访问和修改这些私有变量。
数据验证：在setAge方法中，我们添加了一个简单的验证逻辑，确保年龄是一个正数。

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student("Alice", 20);
        student.displayInfo();

        // 修改学生信息
        student.setName("Bob");
        student.setAge(25);
        student.displayInfo();

        // 尝试设置无效的年龄
        student.setAge(-5);
        student.displayInfo();
    }
}

输出结果

Name: Alice
Age: 20
Name: Bob
Age: 25
Age must be a positive number.
Name: Bob
Age: 25

实践练习

练习1：银行账户类

创建一个BankAccount类，包含以下私有变量：

accountNumber（账户号码）
balance（余额）

提供以下公共方法：

deposit(double amount)：存入指定金额。
withdraw(double amount)：取出指定金额。如果余额不足，打印错误信息。
getBalance()：返回当前余额。
displayAccountInfo()：显示账户号码和余额。

练习2：图书类

创建一个Book类，包含以下私有变量：

title（书名）
author（作者）
isbn（ISBN号码）