Python学习之私有函数、私有变量及封装详解

一、私有函数和私有变量

在Python中，我们可以使用下划线（_）来表示一个函数或者变量是“私有”的（private）。所谓的“私有”就是说，只有在类内部才能够访问这些函数或者变量，在类外部是无法直接访问的。例如：

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.__private_var = 1  # 私有变量
        self.public_var = 2  # 公有变量

    def __private_func(self):  # 私有函数
        print("This is a private function.")

    def public_func(self):
        print("This is a public function.")
        self.__private_func()  # 类内部可以访问私有函数
        print(self.__private_var)  # 类内部可以访问私有变量

从上面的代码可以看出，两个下划线括起来的变量和函数，就是私有变量和私有函数。在类的外部是无法直接访问的，如果在类外部使用以下代码：

mc = MyClass()
print(mc.__private_var)  # 会报错：AttributeError: 'MyClass' object has no attribute '__private_var'
mc.__private_func()  # 会报错：AttributeError: 'MyClass' object has no attribute '__private_func'

会导致抛出"AttributeError"异常。但是，在类内部是可以直接访问私有函数和私有变量的。

二、封装

上面介绍了私有函数和私有变量，但是这些私有成员变量和函数并不是完全不能访问，在类的内部是可以使用的。但是，在类的外部是无法访问的，这就保护了这些变量或者函数的作用只包含在类内部，避免了类的外部的误操作对类的内部造成影响。

这种“保护”的思想就是封装（Encapsulation）。在Python中，我们可以通过定义类的属性来实现对私有成员变量和函数的封装。下面使用一个例子来说明封装的重要性。

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.__name = name
        self.age = 30

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.__name}.")

person = Person("Tom")
person.say_hello()  # 可以正常输出：Hello, my name is Tom.
print(person.age)  # 可以正常输出：30
print(person.__name)  # 会报错：AttributeError: 'Person' object has no attribute '__name'

上面的代码中，我们在类的属性中将名字“name”定义成了一个私有成员变量，这样就保证了外部无法直接访问这个变量。而公有变量“age”，则可以通过外部直接访问。这么做的目的是为了防止外部的误操作，保护类内部变量的安全性。

三、总结

Python的私有函数和私有变量可以通过使用双下划线来实现（例如：__private_func、__private_var），在类的外部是无法直接访问，但是在类的内部是可以使用的。封装是一种保护数据安全的重要思想，可以通过定义类的属性来实现对私有成员变量和函数的封装，从而保证了数据的安全性。

四、示例说明

1. 私有成员变量的示例

在下面这个示例中，我们使用BankAccount类来模拟一个银行账户，其中包含银行账户的账号和余额。由于这些信息可能不希望在外部被随意修改，因此我们将这两个属性定义为私有变量，外部无法进行修改，在类的内部则可以通过定义set和get方法来修改和获取账户信息。

class BankAccount:
    def __init__(self, account, balance):
        self.__account = account  # 私有变量
        self.__balance = balance  # 私有变量

    def get_account(self):
        return self.__account

    def set_account(self, account):
        self.__account = account

    def get_balance(self):
        return self.__balance

    def set_balance(self, balance):
        self.__balance = balance

account = BankAccount("1234", 1000)
print(account.get_account(), account.get_balance())  # 打印出账户信息：1234 1000

# account.__account = "5678"  # 报错：AttributeError: 'BankAccount' object has no attribute '__account'
account.set_account("5678")
print(account.get_account())  # 打印出账户信息：5678

2. 私有成员函数的示例

在下面这个示例中，我们使用OnePay类来模拟一个移动支付App，其中包含了支付功能和充值功能，并且采用了私有成员函数示例，确保这些关键的操作只能在类内部进行。

class OnePay:
    def __init__(self, balance):
        self.__balance = balance  # 私有变量

    def __pay(self, money):
        if money > self.__balance:
            print(f"Pay failed due to insufficient balance, please keep your balance over {money} yuan.")
            return False
        else:
            self.__balance -= money
            print(f"Pay success, balance is {self.__balance} yuan.")
            return True

    def __recharge(self, money):
        self.__balance += money
        print(f"Recharge success, balance is {self.__balance} yuan.")

    def pay(self, money):
        return self.__pay(money)

    def recharge(self, money):
        return self.__recharge(money)

onepay = OnePay(100)
onepay.pay(120)  # 支付失败，因为余额不足
onepay.recharge(100)
onepay.pay(120)  # 支付失败，因为余额不足
onepay.pay(80)  # 支付成功