Python OOP入門指南 (三) ：封裝

什麼是封裝（Encapsulation）？

封裝的目的是將資料（属性）與操作資料的方法（函式）包在一起，隱藏內部實作細節、只露出必要介面供外部使用者座使用。是一種防止外不去呼叫存取內部實作細節的手段。

就像你有一個銀行帳戶，不能讓別人直接改寫餘額，而是必須經由“安全的操作方法”來進行。

封裝的重要性

提高安全性：
將屬性設為私有（private），讓外部不能直接改動，只能透過特定方法（Getter / Setter）來間接操作，防止不當存取與資料錯誤。
方便維護與修改：
封裝後就算內部實作有更改，只要對外的介面（方法）不變，使用者的程式碼就不用跟著改，這樣可大大提高程式的穩定性與相容性。
降低耦合（Coupling）：
外部不需要知道內部實作細節，只需使用提供的接口，模組間彼此獨立，能降低錯誤傳染風險。
增加內聚（Cohesion）：
同一個類別裡的屬性和方法都是相關的，將功能集中在一起，就不會雜亂無章。這樣讓類別更清楚、更有組織性。
更容易除錯和測試：
將狀態變數藏起來，錯誤發生時可追蹤到特定的操作流程，更容易發現錯誤問題點。
支持抽象化思考：
封裝配合繼承與多型，使得開發者可以只專注於這個類別能「做什麼」而不是「怎麼做」。

如何在 Python 中實現封裝？

Python 沒有像 Java 那樣明確的 private / protected 關鍵字，但透過「命名規則」與「裝飾器」也能達到相同效果。

在了解真正實現封裝前，我們先來看一下 Python 中有哪些屬性存取層級。

公開到私有層級介紹

1. 公開屬性 (public)

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class Person:
    def __init__(self):
        self.name = "小明"  # 公開屬性

p = Person()
print(p.name)     # 可讀
p.name = "小美"     # 可改

一般的寫法無法實現封裝，因為任何人都可以自由讀寫修改。

2. 受到保護的 protected ( `_變數名稱` 前面加單底線)

(雖然之前已經寫過文章詳細說明底線(underscore)用法了，但還是幫大家再複習一下)

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class Employee:
    def __init__(self):
        self._salary = 30000  # Protected 屬性

e = Employee()
print(e._salary)      # ⚠️ 可以讀，但通常會建議讓內部使用

單底線是 Python 的約定俗成，意思是"建議不要外部直接使用"，但不是強制。
（只是約定，不是真正保護）

3. 私有屬性 Private (`__變數名稱` 前面加雙底線)

外部無法直接存取，會經過名稱改寫（name mangling）。

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class BankAccount:
    def __init__(self):
        self.__balance = 1000  # 私有屬性

acc = BankAccount()
print(acc.__balance)     # ❌ AttributeError


# 因為實際上變成了 _BankAccount__balance：
print(acc._BankAccount__balance)  # 可存取（但沒事不要這樣做）

雙底線代表私有屬性，__變數名 會被轉換成 _類別名__變數名，理論上使用_類別名__變數名可以被存取，但原則上不要直接存取。

封裝用 Getter 和 Setter 方法

如果你想實現真正的封裝，且無法讓外部直接改動屬性，我們可以使用 Getter 和 Setter 方法來達成。

🔹 Getter 是什麼？

「讀取私有屬性」的方法，搭配 @property 裝飾器。
目的是"想讓使用者像操作變數一樣簡單，但又希望在背後加上邏輯限制或驗證條件"。

🔹 Setter 是什麼？

「設定私有屬性」的方法，搭配 @變數.setter裝飾器。
可以加入條件判斷，例如不接受負值，或自動做格式檢查。

封裝範例-提款卡操作帳戶（簡單版）

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class BankAccount:
    def __init__(self):
        self.__balance = 1000   # 私有屬性

    @property
    def balance(self):          # Getter：讀取餘額
        return self.__balance

    @balance.setter
    def balance(self, value):   # Setter：設定餘額（+ if條件）
        if value >= 0:
            self.__balance = value
        else:
            print("餘額不能是負數！")
            
acc = BankAccount()    # 設定 __balance = 1000（初始化）
print(acc.balance)     # 1000
acc.balance = 2000     # 觸發 @balance.setter()，修改成 2000
acc.balance = -999     # ❌ 錯誤訊息:餘額不能是負數！

你可以這樣理解：

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value = acc.balance       # 看起來像取值，其實是呼叫 getter
acc.balance = 1000        # 看起來像賦值，其實是呼叫 settersetter(1000)

封裝範例延伸- 加入帳戶擁有者（進階版）

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class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance):
        self.owner = owner
        self.__balance = balance  # 私有屬性

    @property                  
    def balance(self):  
        return self.__balance

    @balance.setter            
    def balance(self, value):  
        if value >= 0:
            self.__balance = value
        else:
            print("餘額不能是負數！")

account = BankAccount("小美", 500)   # 建立帳戶並設定初始餘額
print(account.balance)   # 500

account.balance = 800    # 觸發 @balance.setter() 設定新餘額 800
print(account.balance)   # 800

account.balance = -100   # ❌ 嘗試設負數，顯示錯誤

總結

寫法	可見性	推薦用途
`self.name`	public	完全公開，可隨意存取與修改
`self._salary`	protected	半封裝，用於內部提示
`self.__balance`	private	真正封裝，只能透過方法或屬性存取
`@property`	間接讀取	控控制讀取方式，可加入驗證邏輯
`@setter`	間接寫入	控制修改方式，可設定限制或保護資料

❓常見問題 Q&A

Q1: 雙底線 `__` 是絕對私有嗎？

A: 並不是。它其實會被 Python 自動轉換成 _類別名__變數名，可以存取但通常不會這樣做，應視為私有。

Q2: 什麼時候適合用封裝？

A: 當資料是關鍵、敏感或容易錯誤時，封裝能幫助你減少錯誤、提高程式可維護性，是寫好程式、好維護程式的基礎。

Q3: @property 和 @setter 是語法糖嗎？

A: 是的，它們是語法糖。表面看起來像在存取或賦值變數，但實際上是在執行函式（方法）。這樣能讓程式碼更直覺、可讀性更高，同時仍保留封裝與邏輯驗證的能力。

🤔 腦力激盪

假設你有一個 Student 類別，裡面有成績 score 屬性，你會不會想用封裝來保護它？為什麼？歡迎留言告訴我你的想法！

(參考答案)

會。會選擇用封裝保護 score 屬性，因為成績是比較敏感的資料，如果沒有控制，可能會被亂設成負數或超過滿分，影響資料正確性。透過 @property 和 @setter，我可以限制成績範圍只能在 0 到 100 之間，也方便之後要做成績加權或轉換等邏輯。