变异子与访问子

在计算机科学中， 变异子方法（mutator或setter）是一种用于控制变量更改的方法。通常，变异子伴随着访问子 （accessor或getter）返回私有成员变量的值。

变异子方法最常用于面向对象的编程封装，与封装原则保持一致。根据这个原则，类的成员变量被设为私有以隐藏和保护它们不受其他代码的影响，并且只能由公共成员函数（变异子方法）修改，该函数将所需的新值作为参数來修改私有成员变量。可以将变异子方法与赋值运算符重载进行比较。

变异子方法也可以在非面向对象的环境中使用。在这种情况下，对要修改的变量的引用与新值一起传递给变异子。编译器无法限制代码绕过变异子方法并直接更改变量。开发人员有责任确保仅通过变异子方法修改变量，而不是直接修改变量。

在支持它们的编程语言中，属性提供了一种方便的替代方案，而不放弃封装的效用。

在下面的示例中，完全实现的变异子方法还可以验证输入数据或采取进一步的操作，例如触发事件。

影响

定义变异子和访问子方法或属性块的另一种方法是为实例变量提供一些可见性，而不是私有化它或直接从对象外部访问它。可以使用修改器和访问器定义更精细的控制访问权限。例如，将一个参数设为只读，可以通过定义一个访问器而不提供修改器。两种方法的可见性可能不同：访问器通常是公开的；变异子是保护的、包私有的或内部的。

定义了变异子的块有机会验证或预处理传入的数据。如果保证所有外部访问都通过变异子，则无法绕过这些步骤。例如，如果日期由单独的私有 year 、 month和day变量表示，则传入日期由变异子setDate 拆分，同时为了一致性，相同的私有实例变量由setYear和setMonth访问。在所有情况下，1 - 12 之外的月份值都可以被相同的代码拒绝。

相反，访问器允许从内部变量合成有用的数据表示，同时保持它们的结构封装和对外部模块不可见。货币getAmount访问子可以由一个内部私有的数值变量构建一个字符串，其小数位数由参数currency定义。

现代编程语言常提供在一行中修改器和访问器的生成样板—例如 C# 的 public string Name { get; set; }和Ruby的 attr_accessor :name 。在这些情况下，不会为验证、预处理或合成等操作创建代码块。这些简化的访问器仍然保留了对简单公共实例变量进行封装的优势，但常见的是，随着敏捷软件开发、軟體維護和需求的变化，对数据的需求变得更加复杂。许多自动修改器和访问器最终会被单独的代码块取代。在实现的早期自动创建它们的好处是，无论是否添加了更复杂的类，类的公共接口都保持相同，如果添加，则不需要进行大量重构。 ^[1]

由于涉及额外的步骤，访问器函数的效率可能低于直接获取或存储数据字段， ^[2]然而，这些函数通常是内联的，从而消除了函数调用的开销。

例子

汇编语言

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

文件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

文件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;
}

文件 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;
}

文件 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++

文件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

文件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#支持属性编程。

public class Student {
    private string name;

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

从(.NET Framework 3.5开始，可以缩写为自动属性：

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

可以限制只有本类可以私有访问：

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

Python

下例子使用的类，与一个变量、一个访问子，一个变异子。

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

类似于C#, 明确使用Get 与 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创建一个属性而不必使用Get与Set语法。编译器自动创建一个隐变量，如_name对应于属性名name.

Public Class Student
    Public Property name As String
End Class

参考文献

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

[1] Stephen Fuqua. Automatic Properties in C# 3.0. 2009 [2009-10-19]. （原始内容存档于2011-05-13）.

[2] Tim Lee. Run Time Efficiency of Accessor Functions. 1998-07-13 [2021-07-09]. （原始内容存档于2016-03-05）.

[1]

[2]