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C# 封裝完整指南：存取修飾詞、屬性封裝、介面隔離與資訊隱藏最佳實踐

編輯：C# 入門

C# 封裝完整指南：存取修飾詞、屬性封裝、介面隔離與資訊隱藏最佳實踐

封裝是物件導向三大支柱之一，核心精神是資訊隱藏：將物件內部實作細節（資料結構、演算法、狀態變化邏輯）隱藏起來，只對外暴露穩定、受控的公用介面。良好的封裝降低耦合、提升可維護性、確保資料完整性、便於單元測試。

存取修飾詞完整對照

修飾詞	同類別	衍生類別(同組件)	衍生類別(不同組件)	同組件其他類別	不同組件其他類別
`private`	✓	✗	✗	✗	✗
`private protected`	✓	✓	✗	✗	✗
`protected`	✓	✓	✓	✗	✗
`internal`	✓	✓	✗	✓	✗
`protected internal`	✓	✓	✓	✓	✗
`public`	✓	✓	✓	✓	✓

類別預設：internal；成員預設：private。

屬性封裝：核心技術

屬性提供存取子攔截讀寫，實現驗證、通知、延遲載入、計算衍生值：

public class BankAccount {
    private decimal _balance; // 隱藏欄位
    
    // 唯讀屬性：僅 getter
    public decimal Balance => _balance;
    
    // 完整屬性：驗證邏輯
    public string AccountNumber { 
        get => _accountNumber; 
        private set { // 僅內部可設定
            if (string.IsNullOrWhiteSpace(value))
                throw new ArgumentException("帳號不可空白");
            _accountNumber = value;
        }
    }
    private string _accountNumber;
    
    // 自動實作屬性 (C# 6+ 唯讀建構子初始化)
    public DateTime CreatedAt { get; }
    
    // 初始化設定子 (C# 9+)
    public string Owner { get; init; } // 建構/物件初始化後不可變
    
    // 計算屬性
    public bool IsOverdrawn => _balance < 0;
    
    public void Deposit(decimal amount) {
        if (amount <= 0) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount));
        _balance += amount;
        OnBalanceChanged();
    }
    
    protected virtual void OnBalanceChanged() { } // 衍生類可覆寫
}

進階封裝模式

1. 唯讀欄位 + 建構子注入

public class OrderService {
    private readonly IRepository _repository; // 不可變相依性
    private readonly ILogger _logger;
    
    public OrderService(IRepository repository, ILogger logger) {
        _repository = repository ?? throw new ArgumentNullException(nameof(repository));
        _logger = logger ?? throw new ArgumentNullException(nameof(logger));
    }
}

2. 介面隔離：公開介面 vs 實作細節

// 公開契約：消費者只依賴介面
public interface IUserRepository {
    Task GetByIdAsync(int id);
    Task AddAsync(User user);
}

// 實作細節：內部類別、私有方法、資料庫連線字串
internal sealed class SqlUserRepository : IUserRepository {
    private readonly string _connectionString;
    public SqlUserRepository(string connectionString) => _connectionString = connectionString;
    
    public async Task GetByIdAsync(int id) {
        // 內部 SQL、對映邏輯完全隱藏
        using var conn = new SqlConnection(_connectionString);
        return await conn.QueryFirstOrDefaultAsync("SELECT * FROM Users WHERE Id=@id", new { id });
    }
    
    // 私有輔助方法，外部不可見
    private User MapFromReader(SqlDataReader reader) { ... }
}

3. 不可變物件模式

// C# 9+ record：內建不可變、值相等、with 運算式
public record UserProfile(
    string UserId,
    string Email,
    string DisplayName,
    DateTime CreatedAt
);

// 傳統類別實作不可變
public class ImmutableSettings {
    public string ApiKey { get; }
    public int TimeoutSeconds { get; }
    public IReadOnlyList AllowedOrigins { get; }
    
    public ImmutableSettings(string apiKey, int timeout, IEnumerable origins) {
        ApiKey = apiKey;
        TimeoutSeconds = timeout;
        AllowedOrigins = origins.ToList().AsReadOnly(); // 防禦性複製
    }
    
    // with 風格建立新實例
    public ImmutableSettings WithTimeout(int newTimeout) 
        => new ImmutableSettings(ApiKey, newTimeout, AllowedOrigins);
}

4. 封裝集合：回傳唯讀視圖

public class Team {
    private readonly List _members = new();
    
    public IReadOnlyList Members => _members.AsReadOnly(); // 防止外部修改
    
    public void AddMember(Member member) {
        if (_members.Count >= 10) throw new InvalidOperationException("團隊已滿");
        _members.Add(member);
    }
    
    public bool RemoveMember(string id) => _members.RemoveAll(m => m.Id == id) > 0;
}

存取修飾詞選擇指南

private：預設選擇，所有內部欄位、輔助方法、實作細節。
protected：極少用。只有確定衍生類必須存取/覆寫時。優先用 protected virtual 方法代替欄位。
internal：組件內部共用功能、單元測試存取（搭配 InternalsVisibleTo）。
protected internal：罕見。組件內 + 衍生類存取。
private protected：極罕見。同組件衍生類存取。
public：公開 API 契約。慎重設計，一旦公開難以變更。

常見封裝違反與修正

違反模式	問題	修正
公開欄位 `public int Age;`	無法驗證、無法通知、無法改變實作	改為屬性 `public int Age { get; private set; }`
回傳可變內部集合	呼叫端可竄改內部狀態	回傳 `IReadOnlyList<T>`、`.AsReadOnly()`、`.ToArray()`
公開 `SetXxx` 方法	暴露內部狀態變更細節	封裝為語意操作 `Activate()`、`Deactivate()`
衍生類直接存取基底 `protected` 欄位	破壞基底類別不變條件	提供 `protected` 方法/屬性封裝存取