Python面向对象封装详解：单下划线与双下划线的区别及访问技巧
本文深入解析Python面向对象中的封装机制，详细对比单下划线与双下划线在属性及方法私有化上的行为差异。通过代码示例展示双下划线引发的名称改写机制，并介绍如何通过自定义公有方法或property装饰器安全地访问和修改私有成员，帮助开发者掌握规范的封装实践。
一 封装的概念
封装在现实生活中随处可见，例如电视机、电脑和手机等设备。用户通常只能观察到外观并调用其提供的功能，而无法直接触及内部复杂的硬件结构。这种设计防止了用户进行非规范操作导致设备故障。编程同样源于生活，在python中，对象的封装旨在对外暴露固定的访问接口，限制对内部私有属性和私有方法的直接访问。Python中的封装主要体现为类属性和类方法的私有化处理，具体表现将在后续章节中详细阐述。
二 _ 和__ 对属性和方法的私有化
1. 单下划线_
当类中的属性或方法以单下划线_开头时，按照编码约定，这表示该成员属于“保护”级别，意在提示外部调用者不应直接访问。然而，Python解释器并不会强制阻止这种访问，如果在代码中强行调用，程序不会抛出错误。
如下：
class A():
#_ 声明是保护属性和保护方法
_name = '张三'
def __init__(self):
self._age = 23
def _method(self):
print("我叫{},今年{}岁".format(self._name, self._age))
if __name__ == '__main__':
a = A()
#打印类A的dir
print(a.__dir__())
#访问保护变量和保护方法
print(a._name)
a._method()输出结果：
>>>\n['_age', '__module__', '_name', '__init__', '_method', '__dict__', '__weakref__', '__doc__', '__repr__', '__hash__', '__str__', '__getattribute__', '__setattr__', '__delattr__', '__lt__', '__le__', '__eq__', '__ne__', '__gt__', '__ge__', '__new__', '__reduce_ex__', '__reduce__', '__subclasshook__', '__init_subclass__', '__format__', '__sizeof__', '__dir__', '__class__']\n张三\n我叫张三,今年23岁
从上述输出可以看出，以单下划线开头的属性和方法在类外部依然可以被访问。尽管技术上可行，但根据Python的编码规范，遇到此类成员时应避免在外部直接调用，以维持代码的可维护性和意图清晰。
2. 双下划线__
与单下划线不同，以双下划线__开头的属性和方法被视为类的私有成员。在类外部以及子类中，使用常规的属性或方法访问方式将无法直接读取或修改这些成员，程序会抛出异常。具体表现如下：
class B():
#__ 声明是私有化的
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
#私有方法
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def fun(self):
#公有方法
print("this is a public method")
if __name__ == '__main__':
b = B()
#打印类B的dir
print(b.__dir__())
#访问类B的私有属性和私有方法
b.fun()
print(b.__name, b.__age, b.__luange)
b.__method()输出结果：
>>>\n['_B__age', '_B__luange', '__module__', '_B__name', '__init__', '_B__method', 'fun', '__dict__', '__weakref__', '__doc__', '__repr__', '__hash__', '__str__', '__getattribute__', '__setattr__', '__delattr__', '__lt__', '__le__', '__eq__', '__ne__', '__gt__', '__ge__', '__new__', '__reduce_ex__', '__reduce__', '__subclasshook__', '__init_subclass__', '__format__', '__sizeof__', '__dir__', '__class__']\nthis is a public method\nTraceback (most recent call last):\n File "C:/Users/admin/python-learning/python学习文件/python基础/python类封装.py", line 56, in <module>\n print(b.__name, b.__age, b.__luange)\nAttributeError: 'B' object has no attribute '__name'
结果显示，访问类B的公有方法fun()可以正常执行，但尝试访问私有属性name时，程序报错指出类B中不存在名为__name的属性。回顾前文单下划线的情况，打印类A的dir()时，可以看到name属性和method方法在dir列表中保留了原始名称。
而在类B中，我们同样打印了其私有属性和私有方法的dir()结果，如下：
观察发现，所有以双下划线开头的私有属性和私有方法，在dir()输出中均被改写为_类名__属性或_类名__方法的形式（例如_B__age）。因此，直接使用__name或__age访问会失败。不过，如果显式使用_类名__属性（实例属性）或_类名__方法（类属性）的形式进行访问，依然可以成功获取值。具体操作如下：
class B():
#__ 声明是私有化的
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
#私有方法
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def fun(self):
#公有方法
print("this is a public method")
if __name__ == '__main__':
b = B()
#打印类B的dir
print(b.__dir__())
#访问类B的私有属性和私有方法
b.fun()
print(B._B__name, b._B__age, b._B__luange)
b._B__method()结果如下：
>>>\n['_B__age', '_B__luange', '__module__', '_B__name', '__init__', '_B__method', 'fun', '__dict__', '__weakref__', '__doc__', '__repr__', '__hash__', '__str__', '__getattribute__', '__setattr__', '__delattr__', '__lt__', '__le__', '__eq__', '__ne__', '__gt__', '__ge__', '__new__', '__reduce_ex__', '__reduce__', '__subclasshook__', '__init_subclass__', '__format__', '__sizeof__', '__dir__', '__class__']\nthis is a public method\n张三 23 python\n我叫张三,今年23岁,我喜欢python。
3. 子类中访问父类的私有属性和私有方法
子类无法直接通过常规方式访问父类的私有属性和私有方法，尝试访问将导致属性错误：
class B():
#__ 声明是私有化的
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
#私有方法
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def fun(self):
#公有方法
print("this is a public method")
class C(B):
def __init__(self):
super().__init__()
def fun1(self):
#访问父类B的私有属性和私有方法
print(self.__name, self.__age, self.__luange)
self.__method()
if __name__ == '__main__':
c = C()
c.fun1()输出结果：
>>>\nAttributeError: 'C' object has no attribute '_C__name'\nAttributeError: 'C' object has no attribute '_C__method'
这表明子类无法直接访问父类的私有成员。
此外，当子类中定义的属性和方法与父类的私有成员同名时，并不会覆盖父类的私有成员。
class B():
#__ 声明是私有化的
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
#私有方法
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def fun(self):
#公有方法
print("this is a public method")
class C(B):
__name = '李四'
def __init__(self):
super().__init__()
self.__age = 24
self.__luange = 'C++'
def fun1(self):
#访问父类B的私有属性和私有方法
print(self.__name, self.__age, self.__luange)
self.__method()
def __method(self):
#类C的私有方法，与父类方法同名，但不重写父类方法
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
#调用父类的私有方法
B()._B__method()
if __name__ == '__main__':
c = C()
#访问类C的私有方法
c._C__method()结果如下：
>>>\n我叫李四,今年24岁,我喜欢C++。\n我叫张三,今年23岁,我喜欢python。
从输出可见，子类C并未重写父类B的__method()方法。为了理解这一现象，我们可以打印类B和类C的dir()结果进行对比：
>>>\n['_B__age', '_B__luange', '_C__age', '_C__luange', 'fun1',\n '_C__method', '__doc__', '_B__name', '_B__method', '_C__name', ...]
结果显示，在类C的dir()中，父类B的私有成员以_B__属性（或方法）的形式存在，而类C自身的私有成员则以_C__属性（或方法）的形式存在。由于Python的双下划线机制会将名称改写为_类名__成员，父类与子类的同名私有成员在命名空间中被区分开来，因此子类不会覆盖父类的私有方法。
三 访问及修改类的私有属性和私有方法
通过私有化属性和方法，类实现了对内部数据的封装和保护。然而，当外部确实需要读取或修改这些数据时，该如何处理？这类似于电视机虽然内部封闭，但仍提供固定的外部接口供用户操作。\n虽然理论上可以通过_类名__属性或_类名__方法的形式访问私有成员，但这违反了Python的编程规范，属于非推荐做法，正如用户不应随意拆开电视机内部进行操作一样。
正确访问和修改私有属性及方法的常规手段主要有两种，具体如下：
1. 自定义公有方法
class D():
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def get_value(self):
return self.__name, self.__age, self.__luange
def get_method(self):
self.__method()
def set_value(self, name, age, luange):
self.__name, self.__age, self.__luange = name, age, luange
if __name__ == '__main__':
d = D()
#通过get_value方法访问私有属性
print(d.get_value())
#通过get_method方法访问私有方法
print('=' * 30)
d.get_method()
#通过set_value方法修改私有属性
print('='*30)
print(d.get_value())
d.set_value('王二麻子', 25, 'Linux')
print(d.get_value())
d.get_method()输出结果：
>>>\n('张三', 23, 'python')\n==============================\n我叫张三,今年23岁,我喜欢python。\n==============================\n('张三', 23, 'python')\n('王二麻子', 25, 'Linux')\n我叫王二麻子,今年25岁,我喜欢Linux。
通过上述示例，我们利用自定义的get_value()、get_method()以及set_value()公有方法，成功实现了对私有属性和私有方法的访问与修改。
2. property
property装饰器主要具备以下两种作用：
- 作为装饰器，@property 将类的方法转换为只读的类属性
- property 重新实现一个属性的 getter 和 setter 方法
以下通过类E的示例进行说明：
class E():
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
def get_value(self):
return self.__name
def set_value(self, name):
self.__name = name
getValue = property(get_value, set_value)
@property
def get_method(self):
self.__method()
if __name__ == '__main__':
e = E()
#访问
print(e.getValue)
e.get_method
#修改
e.getValue = '王二'
print(e.getValue)结果：
>>>\n张三\n我叫张三,今年23岁,我喜欢python。\n王二
在上述代码中，我们将get_value和set_value方法传入property后，类方法被转换为类属性并赋值给getValue变量。此时，e.getValue表现为只读（对应get_value方法），而e.value = ‘王二’则触发修改操作（对应get_value方法）。同理，通过@property装饰get_method方法，也可将其转换为属性。
下面property展示了重新实现属性的getter和setter方法，这种写法相较于前一种更为常用。
class E():
__name = '张三'
def __init__(self):
self.__age = 23
self.__luange = 'python'
def __method(self):
print("我叫{},今年{}岁,我喜欢{}。".format(self.__name, self.__age, self.__luange))
@property
def name(self):
return self.__name
@name.setter
def name(self, name):
self.__name = name
if __name__ == '__main__':
e = E()
#访问
print(e.name)
#修改
print("修改前：", e.name)
e.name = '隔壁老王'
print("修改后：", e.name)输出结果：
>>>\n张三\n修改前： 张三\n修改后： 隔壁老王
上述代码首先将name方法交由property装饰器处理，随后调用装饰后的setter方法，从而实现对私有属性的修改。
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