什么是Python中的封装？

简介

在Python编程语言中，封装是一种让对象的状态被保护起来，只能通过公有接口来访问和使用的方法。它是面向对象编程中的一种基本概念，有助于提高代码的可读性和维护性，同时也可以避免由于错误的修改或使用导致的意外错误。

Python中的封装通常通过访问权限控制来实现。访问权限是指能够访问类成员变量和方法的范围，根据访问权限不同，类成员可以分为公有成员、私有成员和受保护成员。

访问权限

在Python中，通过在类成员变量或方法名前添加“__”来定义私有成员，如：

class A:
    __x = 0  # 私有成员变量
    __y = 0

    def __foo(self):  # 私有方法
        print('This is a private method.')

    def bar(self):
        self.__foo()  # 在类的内部可以访问私有成员
        print('This is a public method.')

a = A()
a.bar()  # 输出 This is a private method. This is a public method.
a.__x = 1  # Error: 'A' object has no attribute '__x'
a.__foo()  # Error: 'A' object has no attribute '__foo'

在类定义中，使用单个下划线定义的成员变量和方法为受保护成员，如：

class B:
    _x = 0  # 受保护的成员变量
    _y = 0

    def _foo(self):  # 受保护的方法
        print('This is a protected method.')

b = B()
b._x = 1
b._foo()  # 输出 This is a protected method.

没有下划线和双下划线前缀的成员变量和方法为公有成员，可以在类的内部和外部任意访问和使用。

封装的应用

通过封装实现的访问控制，可以让类的使用者只能访问和使用类的公有接口，从而保证对象状态不被意外修改和破坏。另外，封装还可以隐藏类的内部实现细节，降低了代码的耦合性，使代码更易维护和扩展。

下面是一个封装的示例，展示了如何通过封装隐藏类的内部实现细节。

class Calculator:
    def __init__(self, x, y):
        self.__x = x
        self.__y = y

    def calc(self, operator):
        if operator == '+':
            return self.__add()
        elif operator == '-':
            return self.__sub()
        elif operator == '*':
            return self.__mul()
        elif operator == '/':
            return self.__div()
        else:
            return None

    def __add(self):
        return self.__x + self.__y

    def __sub(self):
        return self.__x - self.__y

    def __mul(self):
        return self.__x * self.__y

    def __div(self):
        try:
            return self.__x / self.__y
        except ZeroDivisionError:
            print('Error: Division by zero.')
            return None

c = Calculator(3, 4)
print(c.calc('+'))  # 输出 7
print(c.calc('-'))  # 输出 -1
print(c.calc('*'))  # 输出 12
print(c.calc('/'))  # 输出 0.75
print(c.calc('%'))  # 输出 None
c.__add()  # Error: 'Calculator' object has no attribute '__add'

在这个示例中，我们定义了一个Calculator类，用于进行加减乘除运算。为了隐藏类的内部实现细节，我们使用了双下划线定义了两个私有成员变量__x和__y，以及四个私有方法__add、__sub、__mul和__div。

对于类的使用者来说，只需要调用calc方法，并传入所需的运算符，就可以得到运算的结果，不需要关心类的内部实现和私有成员变量和方法。这就实现了对类的封装。

在类的外部，我们无法直接访问和使用类的私有成员变量和方法，只能通过公有接口进行访问和使用。在上面的示例中，我们试图在类的外部调用c.__add()方法，但是得到了'Calculator' object has no attribute '__add'的错误信息，证明私有方法__add被成功封装隐藏了起来。