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

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）.