feat(面向对象): 完成第三阶段差异化课程
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# 第 3-2 课：Python 与 Java 的封装差异
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## 一、本课定位
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Java 通过 `public`、`protected`、`private` 等访问修饰符实施较严格的访问控制。Python 更信任开发者，主要使用命名约定和属性（Property）表达接口边界。
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本课不重复封装的一般理论，只讲 Java 开发者迁移到 Python 时必须调整的认识。
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## 二、本课目标
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完成本课后，你将能够：
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1. 理解 Python 没有与 Java 完全等价的强制 `private`；
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2. 解释普通名称、单下划线和双下划线的区别；
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3. 使用 `@property` 提供读取接口；
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4. 使用 `@属性名.setter` 在赋值时执行校验；
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5. 判断何时直接使用公开属性，何时需要 property；
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6. 避免把 Java getter/setter 机械翻译成 Python 方法。
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## 三、前置知识
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- Java 的访问修饰符、getter 和 setter；
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- Python 类、`self`、实例属性和实例方法；
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- Python 异常处理。
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## 四、差异速查表
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| 意图 | Java 常见写法 | Python 常见写法 |
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|---|---|---|
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| 公开成员 | `public` | 普通名称，例如 `name` |
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| 仅供内部使用 | `protected` 或包访问 | `_name` 命名约定 |
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| 避免子类意外覆盖 | `private` | `__name` 触发名称改写 |
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| 读取属性 | `getPrice()` | `product.price` 或 `@property` |
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| 校验后赋值 | `setPrice(value)` | `product.price = value` 配合 setter |
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| 强制安全边界 | 访问修饰符 | 下划线不能提供真正的安全隔离 |
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## 五、单下划线：约定，不是限制
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```python
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self._owner = owner
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```
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`_owner` 表示“这是内部实现，外部代码通常不要直接依赖”。但是下面的代码仍然可以运行：
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```python
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print(account._owner)
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```
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因此，单下划线主要是团队沟通约定，不是运行时访问控制。
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## 六、双下划线：名称改写，不是绝对私有
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```python
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self.__balance = 100.0
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```
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Python 会进行名称改写（Name Mangling），把属性名称处理成类似：
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```text
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_Account__balance
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```
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主要目的之一是避免子类无意中使用相同名称覆盖父类属性。外部仍能通过改写后的名字访问它，所以它不是安全机制，也不能保护密码或密钥。
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业务项目通常不要把所有内部属性都写成双下划线。只有确实需要避免子类名称冲突时再使用。
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## 七、property：保持属性语法，同时执行方法逻辑
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Java 常见写法：
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```java
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public double getBalance() {
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return balance;
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}
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public void setBalance(double value) {
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if (value < 0) {
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throw new IllegalArgumentException();
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}
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balance = value;
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}
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```
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Python 可以写成：
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```python
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@property
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def balance(self) -> float:
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return self.__balance
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@balance.setter
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def balance(self, value: float) -> None:
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if value < 0:
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raise ValueError("余额不能小于 0。")
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self.__balance = value
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```
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调用方式仍像普通属性：
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```python
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print(account.balance)
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account.balance = 200.0
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```
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读取时实际执行 getter 方法，赋值时实际执行 setter 方法。
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## 八、不要为每个字段机械创建 property
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如果属性只是公开保存数据，没有校验、计算或兼容需求，可以直接使用：
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```python
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self.name = name
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```
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不需要照搬 Java，为它创建无逻辑的 `get_name()` 和 `set_name()`。
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适合使用 property 的情况包括：
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- 赋值时需要校验；
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- 返回值需要动态计算；
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- 希望提供只读接口；
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- 内部存储方式可能改变，但不希望调用方式变化。
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## 九、只读 property
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只定义 getter、不定义 setter：
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```python
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@property
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def owner(self) -> str:
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return self._owner
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```
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调用者可以读取 `account.owner`，但执行 `account.owner = "其他人"` 时会报错。
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需要注意：这仍然不是不可绕过的安全边界。调用者如果直接修改 `_owner`，Python 不会阻止。它表达的是正常接口，不是对恶意代码的防护。
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## 十、初始化时复用 setter
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下面的写法可以让初始值和后续赋值使用相同校验：
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```python
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def __init__(self, balance: float) -> None:
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self.__balance = 0.0
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self.balance = balance
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```
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第二行 `self.balance = balance` 会调用 property setter。这样不会出现“对象创建时允许负数，创建后却不允许负数”的规则不一致。
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## 十一、完整示例
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示例文件：
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```text
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03_面向对象/3_2_Python与Java的封装差异/encapsulation_comparison.py
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```
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运行命令：
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```powershell
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python .\03_面向对象\3_2_Python与Java的封装差异\encapsulation_comparison.py
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```
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示例输出会直接展示：
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1. 单下划线属性仍能从外部访问；
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2. property 使用属性语法执行校验逻辑；
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3. 双下划线在对象中实际发生了名称改写；
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4. 非法余额会被 setter 阻止。
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## 十二、常见误区
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### 12.1 认为 `_name` 等于 Java protected
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它只是一种命名约定，不会限制外部或非子类代码访问。
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### 12.2 认为 `__name` 能保护敏感信息
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双下划线不是加密或权限控制。敏感信息仍需使用安全的配置、存储和权限机制。
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### 12.3 为所有属性生成 getter 和 setter
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没有额外逻辑时，直接访问公开属性更符合 Python 风格。需要保持属性语法并增加逻辑时再使用 property。
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### 12.4 在 setter 内给 property 本身赋值
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下面会无限递归：
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```python
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@balance.setter
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def balance(self, value: float) -> None:
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self.balance = value
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```
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setter 内应给实际存储属性赋值，例如 `self.__balance = value`。
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## 十三、课堂练习
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打开：
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```text
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03_面向对象/3_2_Python与Java的封装差异/practice.py
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```
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完成 `Product` 类，练习内容包括：
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1. 单下划线和双下划线属性；
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2. 只读 `name` property；
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3. 可读写 `price` property；
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4. 价格与折扣率校验；
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5. 使用 `try...except` 验证非法数据。
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练习题中包含 Java 对照提醒和完整预期输出，可以直接从练习开始。
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## 十四、参考答案
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参考答案暂不写入练习文件。完成后，我会按照以下层级验证：
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- 必须修复：语法错误、运行错误、业务结果错误、关键知识点使用错误；
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- 建议改进：重复逻辑、容易产生误解的结构、明显影响可读性的写法；
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- 可选优化：非必要类型注解、输出美化和不影响理解的风格统一。
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只有“必须修复”的问题会阻止课程验收。
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## 十五、本课小结
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- Python 主要通过约定和接口设计实现封装；
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- `_name` 表示内部使用，但外部仍能访问；
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- `__name` 触发名称改写，主要用于避免子类名称冲突；
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- 双下划线不是 Java `private` 的完全等价物，也不是安全机制；
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- `@property` 让方法逻辑保留属性式调用体验；
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- setter 可以集中完成赋值校验；
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- 没有额外逻辑时，不必机械创建 getter 和 setter。
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## 十六、验收标准
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- 能解释单下划线和双下划线的区别；
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- 能说明下划线为什么不能保护敏感信息；
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- 能定义只读 property；
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- 能定义包含校验的 property setter；
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- 能避免 setter 自我赋值造成无限递归；
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- 能用 property 统一初始化和后续赋值规则；
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- `practice.py` 能正确阻止负数价格；
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- 能说明 Python property 与 Java getter/setter 的调用差异。
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# 第 3-2 课完整示例：Python 与 Java 的封装差异
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#
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# 本示例重点演示 Python 的下划线命名约定和 @property。
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# 运行时会直接输出关键结论，不完整阅读讲义也能看到本课重点。
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class Account:
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"""表示一个账户，并演示 Python 常见的封装方式。"""
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def __init__(self, owner: str, balance: float = 0.0) -> None:
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# 单下划线表示“仅供内部使用”的约定，但不会禁止外部访问。
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self._owner = owner
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# 双下划线会触发名称改写（Name Mangling），避免子类意外覆盖同名属性。
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# 它不是 Java private 那样的安全边界，也不能用于保护敏感信息。
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self.__balance = 0.0
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self.balance = balance
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@property
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def owner(self) -> str:
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"""允许调用者以 account.owner 的形式读取账户所有者。"""
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return self._owner
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@property
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def balance(self) -> float:
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"""读取余额；调用时不需要写成 get_balance()。"""
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return self.__balance
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@balance.setter
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def balance(self, value: float) -> None:
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||||
"""设置余额，并集中执行非负校验。"""
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if value < 0:
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raise ValueError("余额不能小于 0。")
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self.__balance = value
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def deposit(self, amount: float) -> None:
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"""存入资金，并复用 balance 属性中的校验入口。"""
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if amount <= 0:
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raise ValueError("存入金额必须大于 0。")
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self.balance = self.balance + amount
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def main() -> None:
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"""运行封装差异示例。"""
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account = Account("小明", 100.0)
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print("差异 1：Python 主要依靠命名约定表达成员用途。")
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print(f"单下划线属性仍可访问：{account._owner}")
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print()
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print("差异 2：@property 让方法校验和普通属性访问可以同时存在。")
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print(f"{account.owner} 当前余额：{account.balance}")
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account.balance = 150.0
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print(f"赋值后的余额：{account.balance}")
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print()
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print("差异 3：双下划线是名称改写，不是绝对私有或安全机制。")
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print(f"对象中保存的实际属性名：{account.__dict__}")
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print()
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print("差异 4：属性赋值可以统一执行校验。")
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try:
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account.balance = -1.0
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except ValueError as error:
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print(f"非法赋值已被阻止：{error}")
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if __name__ == "__main__":
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main()
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70
03_面向对象/3_2_Python与Java的封装差异/practice.py
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03_面向对象/3_2_Python与Java的封装差异/practice.py
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# 第 3-2 课课堂练习：Python 与 Java 的封装差异
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# 关键规则已经写进每部分题目，可以不先完整阅读讲义。
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# 请保留题目、预期结果和自查说明，并独立完成 Product 类。
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# 第一部分：定义 Product 类和初始化方法
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# 1. 定义 __init__(self, name, price) 方法。
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# 2. name 标注为 str，price 标注为 float，返回值标注可自行决定是否添加。
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# 3. 使用 self._name = name 保存名称。
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# 4. 使用 self.__price = 0.0 建立双下划线属性。
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# 5. 最后执行 self.price = price，通过后面定义的 setter 完成初始价格校验。
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# Java 对照提醒：
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# - _name 只表示“内部使用”的约定，外部访问不会产生语法错误；
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# - __price 会触发名称改写，但不等于 Java 的强制 private；
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# - 双下划线不能作为保存密码等敏感信息的安全措施。
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# 第二部分：为 name 定义只读 property
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# 1. 在方法上方添加 @property。
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# 2. 定义 name(self) 方法并返回 self._name。
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# 3. 不要定义 @name.setter，使调用者不能通过 product.name = ... 正常修改名称。
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# Java 对照提醒：
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# - Java 常写 getName()；Python 调用时直接写 product.name；
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# - 虽然调用形式像字段，但实际上会执行 name() 方法。
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# 第三部分：为 price 定义可读写 property
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# 1. 使用 @property 定义 price(self)，返回 self.__price。
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# 2. 使用 @price.setter 定义同名方法 price(self, value)。
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# 3. value 标注为 float。
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# 4. value 小于 0 时执行 raise ValueError("价格不能小于 0。")。
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# 5. 校验通过后执行 self.__price = value。
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#
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# Java 对照提醒：
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# - 这相当于 getPrice() 和 setPrice()，但调用形式仍是 product.price；
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# - 不要同时保留公开的 price 实例属性，否则会和 property 的职责混淆。
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# 第四部分：定义 discount(self, rate) 实例方法
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# 1. rate 标注为 float。
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# 2. rate 必须满足 0 <= rate <= 1，否则抛出 ValueError("折扣率必须在 0 到 1 之间。")。
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# 3. 合法时执行 self.price = self.price * rate。
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# 4. 通过 property 修改价格，复用统一的价格入口。
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# 第五部分：定义 main() 并验证行为
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# 1. 创建 Product("机械键盘", 500.0)。
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# 2. 输出“商品：机械键盘｜价格：500.0 元”。
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# 3. 执行 product.price = 450.0，再输出“修改后价格：450.0 元”。
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# 4. 执行 product.discount(0.8)，再输出“折扣后价格：360.0 元”。
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# 5. 使用 try...except 测试 product.price = -1.0。
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# 6. 捕获 ValueError 后输出“非法价格已被阻止：价格不能小于 0。”。
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# 7. 添加程序入口判断并调用 main()。
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#
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# 预期输出：
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# 商品：机械键盘｜价格：500.0 元
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# 修改后价格：450.0 元
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# 折扣后价格：360.0 元
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# 非法价格已被阻止：价格不能小于 0。
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# 完成后自查：
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# 1. 是否知道单下划线只是内部使用约定；
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# 2. 是否知道双下划线会名称改写，但不是绝对私有；
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# 3. 是否能用 @property 代替简单的 Java getter；
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# 4. 是否能用 @属性名.setter 在赋值时执行校验；
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# 5. 是否能说明 product.price 看似访问字段、实际会执行方法；
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# 6. 是否只把运行错误和逻辑错误视为阻塞项，不把可选类型注解当作必须项。
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