Java SE 7 技術手冊第五章草稿 - 何謂封裝？

Java SE 7 稿草冊手術技

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;

card2.bonus = 0;

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

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
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);
...
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

public class CardApp {
public static void main(String[] args) {
CashCard[] cards = {
new CashCard("A001", 500, 0),
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);
int money = scanner.nextInt();
if(money > 0) {
card1.balance += money;
if(money >= 1000) {
card1.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 ");
}

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 ");
}

// 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：
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

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：

card1.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

import java.util.Scanner;

public class CardApp {
public static void main(String[] args) {
CashCard[] cards = {
new CashCard("A003", 1000, 1)
};

for(CashCard card : cards) {
System.out.printf(" 為 (%s, %d, %d) ：值儲 ",
card.store(scanner.nextInt());
System.out.printf(" 細明 (%s, %d, %d)%n",

}
}
}
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：
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：
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：
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++;

}
}
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？


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：
card1.getNumber(), card1.getBalance(), card1.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

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

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