Python数据封装与私有属性应用案例_Python

引言：为什么需要数据封装？

在面向对象编程(oop)中，数据封装是一个核心概念。它就像给你的数据穿上了一件"防护服"，防止外部代码随意修改内部状态，确保数据的完整性和安全性。python作为一门强大的面向对象语言，提供了多种机制来实现数据封装。

🔒 数据封装的好处：

保护数据不被意外修改
隐藏实现细节
提供清晰的接口
便于维护和修改内部实现

python中的私有属性

1. 命名约定实现"私有"

python使用命名约定而非强制机制来实现私有性。约定俗成，以单下划线_开头的属性和方法被视为"受保护的"(protected)，而以双下划线__开头的被视为"私有的"(private)。

class bankaccount:
    def __init__(self, balance):
        self._balance = balance  # 受保护属性
        self.__secret_code = 1234  # 私有属性

📌 注意：这只是一个约定，python并不会真正阻止访问这些属性，但良好的编程习惯应该尊重这些约定。

2. 名称修饰(name mangling)

当使用双下划线时，python会进行名称修饰，这是一种更严格的"私有化"机制：

实际存储的名称会变成_类名__属性名，这使得从外部直接访问变得困难：

account = bankaccount(1000)
print(account.__secret_code)  # 报错：attributeerror
print(account._bankaccount__secret_code)  # 可以访问，但不推荐

使用@property实现更优雅的封装

python的@property装饰器提供了一种优雅的方式来控制属性的访问：

class temperature:
    def __init__(self, celsius):
        self._celsius = celsius
    @property
    def celsius(self):
        """获取摄氏温度"""
        return self._celsius
    @celsius.setter
    def celsius(self, value):
        """设置摄氏温度，确保不低于绝对零度"""
        if value < -273.15:
            raise valueerror("温度不能低于绝对零度(-273.15℃)")
        self._celsius = value
    @property
    def fahrenheit(self):
        """计算并返回华氏温度"""
        return (self._celsius * 9/5) + 32

这样使用时：

temp = temperature(25)
print(temp.celsius)  # 25
print(temp.fahrenheit)  # 77.0
temp.celsius = -300  # valueerror: 温度不能低于绝对零度(-273.15℃)

实际应用案例：银行账户系统

让我们看一个更完整的例子，展示如何在实际应用中使用数据封装：

class bankaccount:
    def __init__(self, account_holder, initial_balance=0):
        self.account_holder = account_holder
        self._balance = initial_balance
        self.__transaction_history = []
    @property
    def balance(self):
        """获取当前余额"""
        return self._balance
    def deposit(self, amount):
        """存款"""
        if amount <= 0:
            raise valueerror("存款金额必须为正数")
        self._balance += amount
        self.__record_transaction(f"存款: +{amount}")
    def withdraw(self, amount):
        """取款"""
        if amount <= 0:
            raise valueerror("取款金额必须为正数")
        if amount > self._balance:
            raise valueerror("余额不足")
        self._balance -= amount
        self.__record_transaction(f"取款: -{amount}")
    def __record_transaction(self, description):
        """私有方法：记录交易"""
        self.__transaction_history.append(
            f"{datetime.now().isoformat()}: {description}, 余额: {self._balance}"
        )
    def get_statement(self):
        """获取交易记录"""
        return "\n".join(self.__transaction_history)

使用示例：

account = bankaccount("张三", 1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(200)
print(account.balance)  # 1300
print(account.get_statement())

封装的不同级别对比

访问级别	命名方式	可访问性	用途
公共(public)	`attribute`	任何地方都可访问	公开接口
受保护(protected)	`_attribute`	类和子类中访问(约定)	子类可能需要使用的属性
私有(private)	`__attribute`	仅类内部访问(名称修饰)	实现细节，不应被外部访问