Java 封裝藝術：從資料隱藏到介面設計的核心原則

前言：為什麼需要「外殼」？

物件導向的核心在於將資料與操作資料的行為封裝在一起。但並非所有內部細節都應對外暴露——就像手電筒的塑膠外殼隱藏了電路與電池，只保留「開關」與「充電孔」兩個介面。封裝正是這層「外殼」：保留有限的公共介面，隱藏具體實作細節，從而提升易用性與安全性。

一、Java 封裝的三大關鍵字

二、實戰範例：封裝 Human 類別

class Human {
    // 建構子：初始化身高
    public Human(int h) {
        this.height = h;
        System.out.println("I'm born");
    }

    // 公開介面：取得身高
    public int getHeight() { return this.height; }

    // 公開介面：增長身高
    public void growHeight(int h) { this.height += h; }

    // 內部私有方法：呼吸細節
    private void breath() { System.out.println("hu...hu..."); }

    // 公開介面：重複呼吸（委派給私有方法）
    public void repeatBreath(int rep) {
        for (int i = 0; i < rep; i++) this.breath();
    }

    // 私有資料成員：身高
    private int height;
}

封裝效果驗證

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Human aPerson = new Human(160);
        System.out.println(aPerson.getHeight()); // 160
        aPerson.growHeight(10);
        System.out.println(aPerson.getHeight()); // 170
        aPerson.repeatBreath(3); // hu...hu... ×3

        // 編譯錯誤：height has private access in Human
        // System.out.println(aPerson.height);
    }
}

三、封裝的核心價值

1. 資料保護：將 height 設為 private，外部只能透過 getHeight()/growHeight() 存取。類別設計者可在方法中加入驗證邏輯（如身高不可為負）。
2. 實作隱藏：breath() 內部細節對外不見，未來改用 inhale()/exhale() 也不影響呼叫端。
3. 降低耦合：呼叫端僅依賴穩定的公共介面，內部重構零風險。

四、類別層級的封裝：套件私有與 public 類別

• 單一 .java 檔案中僅能有一個 public 類別（檔名必須與該類別同名）。
• 無修飾符的類別為套件私有，僅同套件可見，適合作為內部實作類。
• 這與成員層級的 private/public 形成兩層封裝防線：類別層級控制「誰能用這個類」，成員層級控制「誰能碰這個欄位/方法」。

五、練習題：設計 Torch 類別

要求：

• 內部狀態：batteryLevel（電量，private）
• 公開介面：switchOn()、switchOff()、charge()
• 邏輯：電量為 0 時開關無效；充電增加電量上限 100

class Torch {
    private int batteryLevel = 0;
    private boolean isOn = false;

    public void switchOn() {
        if (batteryLevel > 0) { isOn = true; System.out.println("光線亮起"); }
        else System.out.println("電量耗盡，請充電");
    }
    public void switchOff() { isOn = false; System.out.println("關閉"); }
    public void charge(int amount) {
        batteryLevel = Math.min(100, batteryLevel + amount);
        System.out.println("充電完成，當前電量：" + batteryLevel);
    }
}

六、總結

• 封裝 = 隱藏實作 + 暴露介面，以 private 守護資料，以 public 定義契約。
• 資料成員宜 private，行為介面宜 public，是 Java 類別設計的鐵律。
• 類別層級的 public/套件私有，構建更大尺度的模組邊界。

設計原則：「高內聚、低耦合」的起點就是嚴格封裝。每個 private 宣告，都是在為未來的變更買單。