Java基础第四篇封装与接口

前言：

总结之前的内容，对象(object)指代某一事物，类(class)指代象的类型。对象可以有状态和动作，即数据成员和方法。

到现在为止，数据成员和方法都是同时开放给内部和外部的。在对象内部，我们利用this来调用对象的数据成员和方法。在对象外部，比如当我们在另一个类中调用对象的时，可以使用 对象.数据成员 和 对象.方法() 来调用对象的数据成员和方法。

1、封装与接口

封装(encapsulation)是计算机常见的术语，即保留有限的外部接口(interface)，隐藏具体实施细节。比如在Linux架构，就可以看到Linux操作系统封装了底层硬件的具体细节，只保留了系统调用这一套接口。用户处在封装的外部，只能通过接口，进行所需的操作。

封装在生活中很常见。比如下面是一个充电电筒:

Java基础第四篇封装与接口

一个用户即使不看说明书，也可以猜到这个电筒的操作: 开关和充电。这个电筒用一个塑料壳将用户不需要接触的内部细节隐藏起来，只保留了两个接口，开关和电插头。使用这两个接口，用户足以使用该产品在设计中想要实现的功能。如果所有的细节都同时暴露给用户，那么用户会对产品感到不知所措 (比如下面不加壳的遥控器)。因此，封装提高了产品的易用性。

Java基础第四篇封装与接口

如果产品不封装，电筒或者遥控器的许多细节会暴露在用户面前: 电池、电路、密封的橡胶等等。尽管这可以让用户更自由的对产品实施操作，比如直接给电池放电，取出一个LED灯等等。然而，用户往往要承担更大的损坏产品的风险。因此，封装提高了产品的安全性。

一个Java软件产品与一个日常产品相同。一个对象内部可以有许多成员(数据成员和方法)。有一些数据成员和方法只是内部使用。这时，我们会希望有一个给对象“加壳”的机制，从而封装对象。这样，用户可以比较容易学习和使用外部的接口，而不必接触内部成员。

2、对象成员的封装

Java通过三个关键字来控制对象的成员的外部可见性(visibility): public, private, protected。

public: 该成员外部可见，即该成员为接口的一部分
private: 该成员外部不可见，只能用于内部使用，无法从外部访问。

(protected涉及继承的概念，放在以后说)

我们先来封装以前定义的Human类:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
      Human aPerson = new Human(160);
      System.out.println(aPerson.getHeight());
      aPerson.growHeight(170);
      System.out.println(aPerson.getHeight());
      aPerson.repeatBreath(100);
  }

}

class Human
{
  /**
   * constructor
   */
  public Human(int h)
  {
      this.height = h;
      System.out.println("I'm born");
  }

  /**
   * accessor
   */
  public int getHeight()
  {
     return this.height;
  }

  /**
   * mutator
   */
  public void growHeight(int h)
  {
      this.height = this.height + h;
  }

   /**
    * encapsulated, for internal use
    */
  private void breath()
  {
      System.out.println("hu...hu...");
  }


 /**
  * call breath()
  */
  public void repeatBreath(int rep)
  {
      int i;
      for(i = 0; i < rep; i++) {
          this.breath();
      }
  }

  private int height; // encapsulated, for internal use
}

内部方法并不受封装的影响。Human的内部方法可以调用任意成员，即使是设置为private的height和breath()

外部方法只能调用public成员。当我们在Human外部时，比如Test中，我们只能调用Human中规定为public的成员，而不能调用规定为private的成员。

通过封装，Human类就只保留了下面几个方法作为接口:

getHeight()
growHeight()
repBreath()

我们可以将Human类及其接口表示为如下图的形式:

Java基础第四篇封装与接口

上图就如“加了壳的遥控器”

如果我们从main中强行调用height:

System.out.println(aPerson.height);

将会有如下错误提示:

Test.java:6: height has private access in Human
      System.out.println(aPerson.height);
                                ^
1 error

Beep, 你触电了！一个被说明为private的成员，不能被外部调用。

在Java的通常规范中，表达状态的数据成员(比如height)要设置成private。对数据成员的修改要通过接口提供的方法进行(比如getHeight()和growHeight())。这个规范起到了保护数据的作用。用户不能直接修改数据，必须通过相应的方法才能读取和写入数据。类的设计者可以在接口方法中加入数据的使用规范。