變異子與訪問子

在電腦科學中， 變異子方法（mutator或setter）是一種用於控制變數更改的方法。通常，變異子伴隨着訪問子 （accessor或getter）返回私有成員變數的值。

變異子方法最常用於物件導向的編程封裝，與封裝原則保持一致。根據這個原則，類的成員變數被設為私有以隱藏和保護它們不受其他代碼的影響，並且只能由公共成員函數（變異子方法）修改，該函數將所需的新值作為參數來修改私有成員變數。可以將變異子方法與賦值運算子多載進行比較。

變異子方法也可以在非物件導向的環境中使用。在這種情況下，對要修改的變數的參照與新值一起傳遞給變異子。編譯器無法限制代碼繞過變異子方法並直接更改變數。開發人員有責任確保僅通過變異子方法修改變數，而不是直接修改變數。

在支援它們的程式語言中，屬性提供了一種方便的替代方案，而不放棄封裝的效用。

在下面的範例中，完全實現的變異子方法還可以驗證輸入數據或採取進一步的操作，例如觸發事件。

影響

定義變異子和訪問子方法或屬性塊的另一種方法是為實例變數提供一些可見性，而不是私有化它或直接從對象外部訪問它。可以使用修改器和訪問器定義更精細的控制訪問權限。例如，將一個參數設為唯讀，可以通過定義一個訪問器而不提供修改器。兩種方法的可見性可能不同：訪問器通常是公開的；變異子是保護的、包私有的或內部的。

定義了變異子的塊有機會驗證或預處理傳入的數據。如果保證所有外部訪問都通過變異子，則無法繞過這些步驟。例如，如果日期由單獨的私有 year 、 month和day變數表示，則傳入日期由變異子setDate 拆分，同時為了一致性，相同的私有實例變數由setYear和setMonth訪問。在所有情況下，1 - 12 之外的月份值都可以被相同的代碼拒絕。

相反，訪問器允許從內部變數合成有用的數據表示，同時保持它們的結構封裝和對外部模組不可見。貨幣getAmount訪問子可以由一個內部私有的數值變數構建一個字串，其小數碼數由參數currency定義。

現代程式語言常提供在一行中修改器和訪問器的生成樣板—例如 C# 的 public string Name { get; set; }和Ruby的 attr_accessor :name 。在這些情況下，不會為驗證、預處理或合成等操作建立代碼塊。這些簡化的訪問器仍然保留了對簡單公共實例變數進行封裝的優勢，但常見的是，隨着敏捷軟件開發、軟件維護和需求的變化，對數據的需求變得更加複雜。許多自動修改器和訪問器最終會被單獨的代碼塊取代。在實現的早期自動建立它們的好處是，無論是否添加了更複雜的類，類的公共介面都保持相同，如果添加，則不需要進行大量重構。 ^[1]

由於涉及額外的步驟，訪問器函數的效率可能低於直接取得或儲存數據欄位， ^[2]然而，這些函數通常是行內的，從而消除了函數呼叫的開銷。

例子

匯編語言

student                   struct
    age         dd        ?
student                   ends

                     .code
student_get_age       proc      object:DWORD
                      mov       ebx, object
                      mov       eax, student.age[ebx]
                      ret
student_get_age       endp

student_set_age       proc      object:DWORD, age:DWORD
                      mov       ebx, object
                      mov       eax, age
                      mov       student.age[ebx], eax
                      ret
student_set_age       endp

C

檔案student.h:

#ifndef _STUDENT_H
#define _STUDENT_H

struct student; /* opaque structure */
typedef struct student student;

student *student_new(int age, char *name);
void student_delete(student *s);

void student_set_age(student *s, int age);
int student_get_age(student *s);
char *student_get_name(student *s);

#endif

檔案student.c:

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "student.h"

struct student {
  int age;
  char *name;
};

student *student_new(int age, char *name) {
  student *s = malloc(sizeof(student));
  s->name = strdup(name);
  s->age = age;
  return s;
}

void student_delete(student *s) {
  free(s->name);
  free(s);
}

void student_set_age(student *s, int age) {
  s->age = age;
}

int student_get_age(student *s) {
  return s->age;
}

char *student_get_name(student *s) {
  return s->name;
}

檔案 main.c:

#include <stdio.h>
#include "student.h"

int main(void) {
  student *s = student_new(19, "Maurice");
  char *name = student_get_name(s);
  int old_age = student_get_age(s);
  printf("%s's old age = %i\n", name, old_age);
  student_set_age(s, 21);
  int new_age = student_get_age(s);
  printf("%s's new age = %i\n", name, new_age);
  student_delete(s);
  return 0;
}

檔案 Makefile:

all: out.txt; cat $<
out.txt: main; ./$< > $@
main: main.o student.o
main.o student.o: student.h
clean: ;$(RM) *.o out.txt main

C++

檔案Student.h:

#ifndef STUDENT_H
#define STUDENT_H

#include <string>

class Student {
public:
    Student(const std::string& name);

    const std::string& name() const;
    void name(const std::string& name);

private:
    std::string name_;
};

#endif

檔案Student.cpp:

#include "Student.h"

Student::Student(const std::string& name) : name_(name) {
}

const std::string& Student::name() const {
    return name_;
}

void Student::name(const std::string& name) {
    name_ = name;
}

C#

C#支援屬性編程。

public class Student {
    private string name;

    /// <summary>
    /// Gets or sets student's name
    /// </summary>
    public string Name {
        get { return name; }
        set { name = value; }
    }
}

從(.NET Framework 3.5開始，可以縮寫為自動屬性：

public class Student {
    public string Name { get; set; }
}

可以限制只有本類可以私有訪問：

public class Student {
    public string Name { get; private set; }
}

Python

下例子使用的類，與一個變數、一個訪問子，一個變異子。

class Student:
    # Initializer
    def __init__(self, name: str) -> None:
        # An instance variable to hold the student's name
        self._name = name

    # Getter method
    @property
    def name(self):
        return self._name

    # Setter method
    @name.setter
    def name(self, new_name):
        self._name = new_name

>>> bob = Student("Bob")
>>> bob.name 
Bob
>>> bob.name = "Alice"
>>> bob.name 
Alice
>>> bob._name = "Charlie" # bypass the setter
>>> bob._name # bypass the getter
Charlie

Visual Basic.NET

類似於C#, 明確使用Get 與 Set methods.

Public Class Student

    Private _name As String

    Public Property Name()
        Get
            Return _name
        End Get
        Set(ByVal value)
            _name = value
        End Set
    End Property

End Class

VB.NET 2010, 利用Auto Implemented建立一個屬性而不必使用Get與Set語法。編譯器自動建立一個隱變數，如_name對應於屬性名name.

Public Class Student
    Public Property name As String
End Class

參考文獻

^ Stephen Fuqua. Automatic Properties in C# 3.0. 2009 [2009-10-19]. （原始內容存檔於2011-05-13）.
^ Tim Lee. Run Time Efficiency of Accessor Functions. 1998-07-13 [2021-07-09]. （原始內容存檔於2016-03-05）.

[1] Stephen Fuqua. Automatic Properties in C# 3.0. 2009 [2009-10-19]. （原始內容存檔於2011-05-13）.

[2] Tim Lee. Run Time Efficiency of Accessor Functions. 1998-07-13 [2021-07-09]. （原始內容存檔於2016-03-05）.

[1]

[2]