Java SE 7 技術手冊第五章草稿 - 何謂封裝?
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何謂封裝?
5.1 何謂封裝?
在第 4 章稍微介紹了如何定義類別,有個觀念必須先釐清,定義類別並不等於作
好了物件導向中封裝(Encapsulation)的概念,那麼到底什麼才有封裝的意涵?你
封裝(
封裝 )
必須以物件的角度來思考問題。
本節著重在封裝的觀念,並一併說明如何以 Java 語法來實作,有一些內容會略
為與第 4 章重複,這是為了介紹上的完整性,在瞭解封裝基本概念之後,下一節會進
入 Java 的語法細節。
封裝物件初始流程
物件初始
5.1.1 封裝物件初始流程
假設你要寫個可以管理儲值卡的應用程式,首先得定義儲值卡會記錄哪些資料,
像是儲值卡號碼、餘額、紅利點數,在 Java 中可使用 class 關鍵字進行定義:
package cc.openhome;
class CashCard {
String number;
int balance;
int bonus;
}
假設你將這個類別是定義在 cc.openhome 套件,使用 CashCard.java 儲存,並
編譯為 CashCard.class,並將這個位元碼給朋友使用,你的朋友要建立 5 張儲值卡
的資料:
CashCard card1 = new CashCard();
card1.number = "A001";
card1.balance = 500;
card1.bonus = 0;
CashCard card2 = new CashCard();
card2.number = "A002";
card2.balance = 300;
card2.bonus = 0;
CashCard card3 = new CashCard();
card3.number = "A003";
card3.balance = 1000;
card3.bonus = 1; // 值儲次單 1000 點一利紅 得獲 可元
...
在這邊可以看到,如果想存取物件的資料成員,可以透過「.」運算子加上資料
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成員名稱。
你發現到每次他在建立儲值卡物件時,都會作相同的初始動作,也就是指定卡
號、餘額與紅利點數,這個流程是重複的,更多的 CashCard 物件建立會帶來更多
的程式碼重複,在程式中出現重複的流程,往往意謂著有改進的空間,在 4.1.1 中談
過,Java 中可以定義建構式(Constructor)來改進這個問題:
建構式(
建構式 )
Encapsulation1 CashCard.java
package cc.openhome;
class CashCard {
String number;
int balance;
int bonus;
CashCard(String number, int balance, int bonus) {
this.number = number;
this.balance = balance;
this.bonus = bonus;
}
}
正如 4.1.1 談過的,建構式是與類別名稱同名的方法(Method)
方法(
方法 ,不用宣告傳回
)
型態,在這個例子中,建構式上的 number、balance 與 bonus 參數,與類別的
number、balance、bonus 資料成員同名了,為了區別,在物件資料成員前加上
this 關鍵字,表示將 number、balance 與 bonus 參數的值,指定給這個物件的
number、balance、bonus 資料成員。
在你重新編譯 CashCard.java 為 CashCard.class 之後,交給你的朋友,同樣是
建立五個 CashCard 物件,現在他只要這麼寫:
CashCard card1 = new CashCard("A001", 500, 0);
CashCard card2 = new CashCard("A002", 300, 0);
CashCard card3 = new CashCard("A003", 1000, 1);
...
比較看看,他應該會想寫這個程式片段,還是剛剛那個程式片段?那麼你封裝了
什麼?你用了 Java 的建構式語法,實現物件初始化流程的封裝
實現物件初始化流程的封裝。封裝物件初始化流
實現物件初始化流程的封裝
程有什麼好處?拿到 CashCard 類別的使用者,不用重複撰寫物件初始化流程,事
實上,他也不用知道物件如何初始化,就算你修改了建構式的內容,重新編譯並給予
位元碼檔案之後,CashCard 類別的使用者也無需修改程式。
實際上,如果你的類別使用者想建立 5 個 CashCard 物件,並將資料顯示出來,
可以用陣列,而無需個別宣告參考名稱。例如:
Encapsulation1 CashApp.java
package cc.openhome;
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public class CardApp {
public static void main(String[] args) {
CashCard[] cards = {
new CashCard("A001", 500, 0),
new CashCard("A002", 300, 0),
new CashCard("A003", 1000, 1),
new CashCard("A004", 2000, 2),
new CashCard("A005", 3000, 3)
};
for(CashCard card : cards) {
System.out.printf("(%s, %d, %d)%n",
card.number, card.balance, card.bonus);
}
}
}
執行結果如下所示:
(A001, 500, 0)
(A002, 300, 0)
(A003, 1000, 1)
(A004, 2000, 2)
(A005, 3000, 3)
提示 接下來說明範例時,都會假設有兩個以上的開發者。記得!如果物件導
向或設計上的議題對你來說太抽象,請用兩人或多人共同開發的角度來
想想看,這樣的觀念與設計對大家合作有沒有好處。
封裝物件操作
操作流程
5.1.2 封裝物件操作流程
假設現在你的朋友使用 CashCard 建立 3 個物件,並要再對所有物件進行儲值
的動作:
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
CashCard card1 = new CashCard("A001", 500, 0);
int money = scanner.nextInt();
if(money > 0) {
card1.balance += money;
if(money >= 1000) {
card1.bonus++;
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}
}
else {
System.out.println(" ?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲 ");
}
CashCard card2 = new CashCard("A002", 300, 0);
money = scanner.nextInt();
if(money > 0) {
card2.balance += money;
if(money >= 1000) {
card2.bonus++;
}
}
else {
System.out.println(" ?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲
?嗎的亂來是你?的負是值儲 ");
}
CashCard card3 = new CashCard("A003", 1000, 1);
// 些那是還 if..else 程流複重 的
...
你的朋友作了簡單的檢查,就是儲值不能是負的,而儲值大於 1000 的話,就給
予紅利一點,很容易就可以發現,那些儲值的流程重複了。你想了一下,儲值這個動
作應該是 CashCard 物件自己處理!在 Java 中,你可以定義方法(Method)來解決
方法(
方法 )
Lab
這個問題:
Encapsulation2 CashCard.java
package cc.openhome;
class CashCard {
String number;
int balance;
int bonus;
CashCard(String number, int balance, int bonus) {
this.number = number;
this.balance = balance;
this.bonus = bonus;
}
不會傳回值
void store(int money) { // 法方的 叫呼時值儲
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if(money > 0) {
this.balance += money;
封裝儲值流程
封裝儲值流程
if(money >= 1000) {
this.bonus++;
}
}
else {
System.out.println(" ?嗎的 亂來是你 ?的 負是值儲 ");
}
}
void charge(int money) { // 法方的 叫呼時款扣
if(money > 0) {
if(money <= this.balance) {
this.balance -= money;
}
else {
System.out.println(" ! 啦 夠不錢 ");
}
}
else {
System.out.println(" ?嗎值 儲我叫是 不這 ?數負扣 ");
}
}
會傳回 int 型態
int exchange(int bonus) { // 法 方的叫 呼時數點利紅換兌
if(bonus > 0) {
this.bonus -= bonus;
}
return this.bonus;
}
}
在 CashCard 類別中,除了定義儲值用的 store()方法之外,你還考慮到扣款
用的 charge()方法,以及兌換紅利點數的 exchange()方法。在類別中定義方法,
如果不用傳回值,方法名稱前可以宣告 void 。
先前看到的儲值重複流程,現在都封裝到 store()方法中 ,這麼作的好處是
使用 CashCard 的使用者,現在可以這麼撰寫了:
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Scanner scanner = new Scanner(System.in);
CashCard card1 = new CashCard("A001", 500, 0);
card1.store(scanner.nextInt());
CashCard card2 = new CashCard("A002", 300, 0);
card2.store(scanner.nextInt());
CashCard card3 = new CashCard("A003", 1000, 1);
card3.store(scanner.nextInt());
好處是什麼顯而易見,相較於先前得撰寫重複流程,CashCard 使用者應該會比
較想寫這個吧!你封裝了什麼呢?你封裝了儲值的流程
你封裝了儲值的流程。哪天你也許考慮每加值
你封裝了儲值的流程
1000 元就增加一點紅利,而不像現在就算加值 5000 元也只有一點紅利,就算改變了
store()的流程,CashCard 使用者也無需修改程式。
同樣地,charge()與 exchange()方法也分別封裝了扣款以及兌換紅利點數的
流程。為了知道兌換紅利點數後,剩餘的點數還有多少,exchange()必須傳回剩餘
的點數值,方法若會傳回值,必須於方法前宣告傳回值的型態 。
提示 在 Java 命名慣例中,方法名稱首字是小寫。
其實如果是直接建立三個 CashCard 物件,而後進行儲值並顯示明細,可以如下
Lab 使用陣列,讓程式更簡潔:
Encapsulation2 CashApp.java
package cc.openhome;
import java.util.Scanner;
public class CardApp {
public static void main(String[] args) {
CashCard[] cards = {
new CashCard("A001", 500, 0),
new CashCard("A002", 300, 0),
new CashCard("A003", 1000, 1)
};
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
for(CashCard card : cards) {
System.out.printf(" 為 (%s, %d, %d) :值儲 ",
card.number, card.balance, card.bonus);
card.store(scanner.nextInt());
System.out.printf(" 細明 (%s, %d, %d)%n",
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card.number, card.balance, card.bonus);
}
}
}
執行結果如下所示:
為 (A001, 500, 0) :值儲 1000
細明 (A001, 1500, 1)
為 (A002, 300, 0) :值儲 2000
細明 (A002, 2300, 1)
為 (A003, 1000, 1) :值儲 3000
細明 (A003, 4000, 2)
封裝物件內部資
內部資料
5.1.3 封裝物件內部資料
在前一個範例中,你在 CashCard 類別上定義了 store()等方法,你「希望」
使用者如下撰寫程式,這樣才可以執行 stroe()等方法中的相關條件檢查流程:
CashCard card1 = new CashCard("A001", 500, 0);
card1.store(scanner.nextInt());
老實說,你的希望完全就是一廂情願,因為 CashCard 使用者還是可以如下撰
寫程式,跳過你的相關條件檢查:
CashCard card1 = new CashCard("A001", 500, 0);
card1.balance += scanner.nextInt();
card1.bonus += 100;
問題在哪?因為你沒有封裝 CashCard 中不想讓使用者直接存取的私有資料,
Lab 使用者撰寫程式時,就有了自由存取類別私有資料的選擇,如果有些資料是類別所私
有,在 Java 中可以使用 private 關鍵字定義:
Encapsulation3 CashCard.java
package cc.openhome;
class CashCard {
private String number; 使用 private 定義私有成員
private int balance;
private int bonus;
... 略
void store(int money) { 要 修 改 balance , 得 透 過
if(money > 0) { 定義的流程
store()定義的流程
this.balance += money;
if(money >= 1000) {
this.bonus++;
- 8. Java SE 7 稿 草冊手術技
}
}
else {
System.out.println(" ?嗎的 亂來是你 ?的 負是值儲 ");
}
}
int getBalance() {
提供取值方法
return balance;
}
int getBonus() {
return bonus;
}
String getNumber() {
return number;
}
}
在這個例子,你不想讓使用者直接存取 number、balance 與 bonus,所以使
用 private 宣告 ,如此一來,編譯器會讓使用者在直接存取 number、balance
與 bonus 時編譯失敗:
圖 5.1 不能存取 private 成員
如果你沒有提供方法存取 private 成員,那使用者就不能存取,在 CashCard
的例子中,如果想修改 balance 或 bouns,就一定得透過 store()、charge()、
exchange()等方法,也就一定得經過你定義的流程 。
如果沒辦法直接取得 number、balance 與 bonus,那這段程式碼怎麼辦?
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成員怎麼辦
怎麼辦?
圖 5.2 不能存取 private 成員怎麼辦?
除非你願意提供取值方法(Getter) ,讓使用者可以取得 number、balance 與
bonus 的值,否則使用者一定無法取得,基於你的意願,CashCard 類別上定義了
getNumber()、getBalance()與 getBonus()等取值方法 ,所以你可以如下修
改程式:
System.out.printf(" 細明 (%s, %d, %d)%n",
card1.getNumber(), card1.getBalance(), card1.getBonus());
System.out.printf(" 細明 (%s, %d, %d)%n",
card2.getNumber(), card2.getBalance(), card2.getBonus());
System.out.printf(" 細明 (%s, %d, %d)%n",
card3.getNumber(), card3.getBalance(), card3.getBonus());
在 Java 命名規範中,取值方法的名稱形式是固定的,也就是以 get 開頭,之後
命名規範中,取值方法的名稱形式是固定的, 開頭,
接上首字大寫的單字。
接上首字大寫的單字。在 IDE 中,可以使用程式碼自動產生功能來生成取值方法,以
NetBeans 為例,可以在類別原始碼中按右鍵,執行「Insert Code...」指令,選擇
「Getter...」
,在「Generate Getters」中選擇想產生哪些資料成員的取值方法,按下
「Generate」就可以自動生成取值方法的程式碼:
圖 5.3 自動生成取值方法
所以你封裝了什麼,封裝了類別私有資料
封裝了類別私有資料,讓使用者無法直接存取,而必須透過
封裝了類別私有資料
你提供的操作方法,經過你定義的流程才有可能存取私有資料,事實上,使用者也無
從得知你的類別中有哪些私有資料,使用者不會知道物件的內部細節。
在這邊對封裝作個小小結論,封裝目的主要就是隱藏物件細節,將物件當作黑箱
封裝目的主要就是隱藏物件細節,
封裝目的主要就是隱藏物件細節
- 10. Java SE 7 稿 草冊手術技
進行操作。就如先前的範例,使用者會呼叫建構式,但不知道建構式的細節,使用者
進行操作
會呼叫方法,但不知道方法的流程,使用者也不會知道有哪些私有資料,要操作物件,
一律得透過你提供的方法呼叫。
private 也可以用在方法或建構式宣告上,私有方法或建構式通常是類別內部
某個共用的演算流程,外界不用知道私有方法的存在。private 也可以用在內部類
別宣告,內部類別會在稍後說明。
提示 私有建構式的使用比較進階,有興趣可以參考:
http://caterpillar.onlyfun.net/Gossip/DesignPattern/SingletonPatter
n.htm
類別語法細節
5.2 類別語法細節
物件導向觀念是抽象的,不同程式語言會用不同語法來支援觀念的實現,前一節
討論過物件導向中封裝的通用概念,以及如何用 Java 語法實現,接下來這節則要討
論 Java 的特定語法細節。
權限修飾
5.2.1public 權限修飾
前一節的 CashCard 類別是定義在 cc.openhome 套件中,假設現在為了管理
上的需求,你要將 CashCard 類別定義至 cc.openhome.virtual 套件中,除了原
始碼與位元碼的資料夾需求必須符合套件階層之外,原始碼內容也得作些修改:
package cc.openhome.virtual;
class CashCard {
...
}
這一改可不得了,你發現使用到 CashCard 的程式碼都出錯了:
不是公開的?
圖 5.4 CashCard 不是公開的?
前一節看到 private 權限修飾,宣告為 private 的成員表示為類別私有,使