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Thinking in Java(5-2) 訪問權限修飾詞解析及其應用

Thinking in Java(5-2) 訪問權限修飾詞解析及其應用
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在物件導向程式設計中，封裝（Encapsulation） 是一個關鍵概念。透過封裝，我們可以將資料和方法包裝到類別中，並隱藏其具體實作細節。Java 提供了多種訪問權限修飾詞，讓開發者能夠精確控制類別與成員的可見性，從而提高程式的安全性和可維護性。

訪問權限控制與封裝

訪問權限的控制常被稱為具體實作的隱藏。這種機制不僅可以防止外部直接訪問內部資料，還能避免客戶端程式設計師意外地將內部機制當作可用的介面。

  • 設定權限邊界： 將權限的邊界設定在資料型態的內部，確保只有授權的部分才可被外部訪問。
  • 分離介面與實作： 客戶端只能與公開的介面互動，無法直接操縱內部的實作細節。這樣，即使我們更改了非 public 的部分，也不會影響到客戶端的程式碼。

為了增進程式碼的清晰度，建議按照以下順序定義類別的成員：

public class OrganizedByAccess {
    // Public methods
    public void pub1() { /* ... */ }
    public void pub2() { /* ... */ }
    public void pub3() { /* ... */ }

    // Protected methods
    protected void prot1() { /* ... */ }

    // Package-private methods (no modifier)
    void pack1() { /* ... */ }

    // Private methods
    private void priv1() { /* ... */ }
    private void priv2() { /* ... */ }
    private void priv3() { /* ... */ }

    // Private fields
    private int i;
    // ...
}

這種排列方式的好處是，使用者可以從上到下閱讀，先看到對他們最重要的 public 成員，然後依次深入了解。

類別的訪問權限設定

在 Java 中，訪問權限修飾詞不僅可以應用於類別的成員，也可以用來控制整個類別的可見性。

控制類別的訪問權限

要控制某個類別的訪問權限，修飾詞需放在 class 關鍵字之前。

package access;

public class Widget {}

客戶端可以透過以下方式訪問 Widget 類別：

import access.Widget;
// 或
import access.*;

注意事項：

  1. 每個編譯單元（檔案）只能有一個 public 類別。 如果有多個 public 類別，編譯器會報錯。
  2. public 類別的名稱必須與檔案名稱完全匹配（包含大小寫）。 例如，Widget 類別必須存放在 Widget.java 檔案中。若檔案命名為 WIDGET.java 或 widget.java，編譯器將無法通過。
  3. 編譯單元可以沒有 public 類別。 在這種情況下，檔案命名不受限制。

類別的訪問修飾詞選擇

對於類別本身，Java 只允許兩種訪問權限：

  • public
  • 預設（package-private，沒有修飾詞）

類別不能被宣告為 private 或 protected，除非它是內部類別。

範例：

class Soup1 {
  private Soup1() {}
  // (1) Allow creation via static method:
  public static Soup1 makeSoup() {
    return new Soup1();
  }
}

class Soup2 {
  private Soup2() {}
  // (2) Create a static object and return a reference
  // upon request.(The "Singleton" pattern):
  private static Soup2 ps1 = new Soup2();
  public static Soup2 access() {
    return ps1;
  }
  public void f() {}
}

// Only one public class allowed per file:
public class Lunch {
  void testPrivate() {
    // Can't do this! Private constructor:
    //! Soup1 soup = new Soup1();
  }
  void testStatic() {
    Soup1 soup = Soup1.makeSoup();
  }
  void testSingleton() {
    Soup2.access().f();
  }
}

說明：

  • Soup1 類別： 建構子為 private，無法直接創建物件。透過 public 的靜態方法 makeSoup()，可以創建並取得 Soup1 的實例。
  • Soup2 類別： 採用了單例模式（Singleton Pattern），確保類別只能有一個實例。ps1 是一個 private static 成員，透過 public 方法 access() 取得實例。
  • Lunch 類別： 測試了如何使用上述兩個類別。直接創建 Soup1 會失敗，但可以透過 makeSoup() 方法。Soup2 的實例則透過 access() 方法取得。

預設（package-private）訪問權限

如果類別沒有指定訪問修飾詞，則具有預設的 package-private 訪問權限。

  • 可見性： 只能被同一個 package 中的其他類別訪問。
  • 用途： 這種設定允許在 package 內共享類別，但防止外部直接訪問。

注意：

  • 即使類別的某個 static 成員是 public，外部客戶端仍然無法創建該類別的實例，但可以調用其 public static 成員。

小結

透過正確使用 Java 的訪問權限修飾詞，我們可以精確地控制類別和成員的可見性，從而實現資料的封裝和介面與實作的分離。這不僅提高了程式的安全性，也使得程式碼更易於維護和擴展。

Justin