C# - 封装

C# - 封装

封装是面向对象编程（OOP）的四个基本原则之一。它指的是将数据（字段或属性）与操作该数据的方法（或函数）捆绑到一个单一单元或“类”中。更重要的是，它涉及限制对对象内部状态的直接访问。这也被称为信息隐藏。

通过隐藏实现细节，封装有助于管理复杂性，提高健壮性（通过阻止外部代码将对象置于无效状态），并改善可维护性。

使用属性实现封装

在 C# 中，封装主要通过结合**属性（properties）和访问修饰符（access modifiers）**来实现。我们不直接公开数据字段，而是通过属性公开它们，这些属性看起来像字段，但在 get 和 set 访问器中包含逻辑。

问题：公共字段

公开字段被认为是不良实践，因为您会失去对数据的所有控制。任何外部代码都可以将字段更改为任意值，从而可能破坏对象的内部规则（不变量）。

public class Employee
{
    // 不良实践：公共字段可能被设置为无效值。
    public double salary;
}

var emp = new Employee();
emp.salary = -5000; // 失控的无效状态！

解决方案：带支持字段的属性

带有支持字段的属性允许您添加验证逻辑。数据存储在 private（私有）字段中，并通过 public（公共）属性控制访问。

public class Employee
{
    // 1. 私有支持字段，用于存储数据
    private double _salary;

    // 2. 公共属性，用于控制访问
    public double Salary
    {
        get { return _salary; } // 'get' 访问器返回私有字段的值
        set
        {
            // 'set' 访问器验证传入的 'value'
            if (value < 0)
            {
                throw new ArgumentException("Salary cannot be negative.");
            }
            _salary = value;
        }
    }
}

var emp = new Employee();
emp.Salary = 50000; // OK
Console.WriteLine($"Employee Salary: {emp.Salary}");

try
{
    emp.Salary = -100; // 抛出 ArgumentException 异常
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

当上述代码被编译和执行时，会产生以下结果：

Employee Salary: 50000
Salary cannot be negative.

现代 C# 简化：自动实现的属性

如果您不需要自定义验证逻辑，C# 提供了一种更简洁的语法，称为自动实现的属性（auto-implemented properties）。编译器会自动为您生成私有支持字段。

public class Car
{
    // 编译器会创建一个隐藏的私有支持字段。
    public string Model { get; set; }
    public int Year { get; set; }
}

var myCar = new Car { Model = "Tesla Model 3", Year = 2023 };
Console.WriteLine($"My car: {myCar.Year} {myCar.Model}");

使用 init 创建不可变对象

要创建不可变（unchangeable）对象，您可以使用 init-only setter（C# 9+ 中可用）。这确保了属性只能在对象初始化期间设置。

public class Transaction
{
    public Guid TransactionId { get; init; }
    public decimal Amount { get; init; }
    public DateTime Timestamp { get; init; }
}

var tx = new Transaction
{
    TransactionId = Guid.NewGuid(),
    Amount = 19.99m,
    Timestamp = DateTime.UtcNow
};

// 下面这行代码会导致编译时错误：
// tx.Amount = 25.00m; // 错误：Init-only 属性只能在初始化器中赋值。

访问修饰符

访问修饰符定义了类及其成员的可见性。它们是强制执行封装的核心机制。

• public：成员可从任何地方访问。无限制。
• private：成员仅在同一类内部可访问。这是类成员的默认访问级别，提供了最高级别的封装。
• protected：成员可在同一类内部以及派生（子）类中访问。
• internal：成员仅在同一程序集（.dll 或 .exe）内部可访问。这是类的默认访问级别。
• protected internal：protected 或 internal 的组合。成员可由派生类或同一程序集中的任何类访问。
• private protected：private 和 protected 的组合。成员仅可由在同一程序集中的派生类访问。