物件導向程式設計的封裝與驗證機制

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在臺灣軟體開發的實務場景中，物件導向程式設計的應用日益普及，其中封裝概念更是提升程式碼品質的關鍵。透過將資料和操作資料的方法封裝於類別內，能有效降低程式碼的耦合性，提升可維護性和可擴充套件性。這也符合業界追求程式碼簡潔、易於理解和修改的趨勢，有助於團隊協作和專案的長期維護。封裝的應用不僅體現在程式碼的結構上，也影響著軟體的整體架構設計，讓系統更具彈性和穩健性。

物件導向程式設計中的封裝與驗證

在物件導向程式設計中，封裝是一個重要的概念，指的是將資料和操作資料的方法封裝在一起，形成一個單元，即類別。這樣可以提高程式的安全性和可維護性。設定方法（setter method）是用來設定類別中的欄位值的方法。

設定方法的基本使用

設定方法的基本使用方式是將欲設定的值作為引數傳遞給方法。例如，若有一個名為 myAssistant 的物件，且該物件具有 setLastName 和 setHourlyWage 方法，則可以使用以下方式設定其屬性：

myAssistant.setLastName("Johnson");
myAssistant.setHourlyWage(20.00);

使用變數或命名常數

除了使用字面常數外，還可以使用變數或命名常數作為設定方法的引數。這樣可以提高程式的可讀性和可維護性。例如：

double PAY_RATE_TO_START = 25.00;
myAssistant.setHourlyWage(PAY_RATE_TO_START);

驗證輸入

設定方法不僅可以設定欄位值，還可以包含驗證輸入的邏輯。例如，以下是一個包含驗證的 setHourlyWage 方法：

void setHourlyWage(double wage) {
    double MIN_WAGE = 20.00;
    double MAX_WAGE = 70.00;
    if (wage < MIN_WAGE) {
        hourlyWage = MIN_WAGE;
    } else if (wage > MAX_WAGE) {
        hourlyWage = MAX_WAGE;
    } else {
        hourlyWage = wage;
    }
}

這個方法會檢查輸入的薪水是否在指定的範圍內，如果不在範圍內，則會設定為最小或最大薪水。

設定方法的命名規範

設定方法的命名規範是以 set 開頭，後面跟著欲設定的欄位名稱。這樣可以提高程式的可讀性和可維護性。如果一個方法的主要目的不是設定欄位值，則不應該以 set 開頭命名。

物件導向程式設計中的方法

在物件導向程式設計中，方法（Method）是物件的一部分，負責執行特定的任務。方法可以分為三種：設定方法（Set Method）、取得方法（Get Method）和工作方法（Work Method）。

設定方法

設定方法的目的是設定物件的屬性（Attribute）值。例如，在員工（Employee）類別中，可以定義一個設定方法 setHourlyWage()，用於設定員工的時薪（hourlyWage）屬性值。設定方法通常以 set 作為字首，後面接著屬性名稱。

public void setHourlyWage(double hourlyWage) {
    this.hourlyWage = hourlyWage;
}

取得方法

取得方法的目的是傳回物件的屬性值。例如，在員工（Employee）類別中，可以定義一個取得方法 getHourlyWage()，用於傳回員工的時薪（hourlyWage）屬性值。取得方法通常以 get 作為字首，後面接著屬性名稱。

public double getHourlyWage() {
    return this.hourlyWage;
}

工作方法

工作方法是指不負責設定或取得屬性值的方法。工作方法通常用於執行某些計算或邏輯操作。例如，在員工（Employee）類別中，可以定義一個工作方法 calculateWeeklyPay()，用於計算員工的每週薪水（weeklyPay）屬性值。

public void calculateWeeklyPay() {
    double hoursInAWeek = 40;
    this.weeklyPay = this.hourlyWage * hoursInAWeek;
}

工作方法可以被其他方法呼叫，也可以被用於設定或取得屬性值。

屬性存取

在物件導向程式設計中，屬性可以透過設定方法和取得方法存取。設定方法用於設定屬性值，取得方法用於傳回屬性值。

Employee employee = new Employee();
employee.setHourlyWage(20.0);
double hourlyWage = employee.getHourlyWage();

物件導向設計中的存取控制

在物件導向設計中，控制對物件資料的存取是非常重要的。就像購買一件新產品時，製造商通常會規定只有授權的技術人員才能進行維修工作，以確保產品的正常運作。同樣地，在物件導向設計中，你不希望外部程式或方法能夠隨意修改你的類別的資料欄位，除非你能夠控制這個過程。

例如，你可能設計了一個類別，負責進行複雜的統計分析，你不希望其他人能夠修改你的結果。或者，你可能設計了一個圖形，不希望任何人能夠修改它的尺寸。為了防止外部程式或方法修改你的資料欄位，你可以使用存取控制機制，例如將資料欄位設為私有（private），並提供公有（public）方法來存取和修改這些資料欄位。

這種方法被稱為資訊隱藏（information hiding）或資料隱藏（data hiding），它是物件導向設計的一個重要原則。透過控制對資料的存取，你可以確保你的類別的資料是安全的，並且能夠正確地運作。

資訊隱藏的優點

資訊隱藏有以下幾個優點：

  • 資料安全：透過控制對資料的存取，你可以確保你的類別的資料是安全的，不會被外部程式或方法隨意修改。
  • 程式碼重用：透過將資料隱藏起來，你可以更容易地重用你的程式碼，因為你不需要擔心資料會被外部程式或方法修改。
  • 程式碼維護：透過控制對資料的存取，你可以更容易地維護你的程式碼，因為你可以確保你的類別的資料是安全的，並且能夠正確地運作。

實作資訊隱藏

要實作資訊隱藏，你可以使用以下幾個步驟：

  1. 將資料欄位設為私有：你可以將你的類別的資料欄位設為私有（private），這樣外部程式或方法就不能直接存取這些資料欄位。
  2. 提供公有方法：你可以提供公有（public）方法來存取和修改你的類別的資料欄位，這樣外部程式或方法就可以透過這些方法來存取和修改你的類別的資料欄位。
  3. 控制存取：你可以控制對你的類別的資料欄位的存取，例如，你可以設定某些方法只能在某些情況下存取你的類別的資料欄位。

物件導向程式設計基礎

物件導向程式設計（OOP）是一種程式設計方法，強調模組化、重用性和抽象化。它的核心概念包括類別（Class）、物件（Object）、繼承（Inheritance）、多型（Polymorphism）和封裝（Encapsulation）。

類別和物件

類別是對一組具有相同屬性和方法的物件的描述。每個類別都有其名稱、資料和方法。物件是類別的例項，具有自己的屬性和方法。

類別圖

類別圖是一種視覺化工具，用於描述類別的結構和關係。它由一個矩形組成，分為三個部分：類別名稱、屬性和方法。

存取修飾詞

存取修飾詞（Access Modifiers）用於控制類別的屬性和方法的存取許可權。常見的存取修飾詞包括 public 和 private。public 表示該屬性或方法可以被外部存取，而 private 表示該屬性或方法只能被類別內部存取。

封裝

封裝是物件導向程式設計的一個重要概念，指的是將資料和方法封裝在一起，隱藏實作細節，提供公共介面。這樣可以提高程式的安全性和可維護性。

例項

以下是一個簡單的類別範例：

public class Employee
{
    private string lastName;
    private double hourlyWage;
    private double weeklyPay;

    public void setLastName(string name)
    {
        lastName = name;
    }

    public void setHourlyWage(double wage)
    {
        hourlyWage = wage;
    }
}

在這個範例中，Employee 類別有三個私有屬性：lastName、hourlyWage 和 weeklyPay。類別還有兩個公共方法：setLastName 和 setHourlyWage。這些方法可以被外部存取，用於設定屬性的值。

看圖說話：

  flowchart TD
    A[類別] --> B[屬性]
    B --> C[方法]
    C --> D[存取修飾詞]
    D --> E[封裝]

這個圖表描述了類別的結構和關係，包括屬性、方法和存取修飾詞。它還描述了封裝的概念，指的是將資料和方法封裝在一起，隱藏實作細節，提供公共介面。

從軟體工程的長遠發展來看，物件導向程式設計中的封裝和驗證機制，如同建築的基本，奠定了系統穩定性和可擴充套件性的基礎。觀察業界頂尖軟體公司的程式碼規範，可以發現，他們無不高度重視資料的完整性和安全性。透過嚴格的存取控制和驗證邏輯，不僅能有效避免外部的非法操作，更能提升程式碼的可維護性和可讀性，從而降低開發成本，提高生產效率。

分析程式碼的演進過程，我們可以清楚地看到，從早期程式碼的雜亂無章，到現代程式碼的模組化和結構化，封裝和驗證機制扮演了至關重要的角色。它將資料和操作資料的方法緊密結合，形成一個個獨立的單元，有效地隔離了不同模組之間的耦合性，減少了程式碼的複雜度。同時，驗證機制如同一個守門人，確保了資料的有效性和一致性，避免了潛在的錯誤和異常。

展望未來，隨著軟體系統的日益複雜化，封裝和驗證機制的重要性將更加凸顯。預計未來幾年，業界將更加關注自動化程式碼驗證工具和技術的發展，以進一步提高程式碼的品質和安全性。對於追求卓越的軟體工程師而言，深入理解和掌握封裝和驗證的精髓，無疑是提升自身專業能力，打造高品質軟體產品的關鍵所在。玄貓認為，持續精行程式碼的封裝和驗證技巧，將是未來軟體工程師的核心競爭力之一。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。