從OO封裝談起

在我們熟悉的OO語言中，可以通過private、protected、public等存取控制修飾符將資料和方法分為內部可見、子類可見、外部可見等不同存取層級。本文從一個較為特別的封裝相關例子出發，討論封裝、類型系統、契約式編程相關話題。我們先從例子開始：

public class Person {
    private int _money;

    public void Change(amount){
        this._money += amount;
    }

    public void Exchange(Person p, int amount) {
        p._money -= amount;
        this._money += amount;
    }
}

基於”沒有經過我允許，不許直接動我的錢”的假設，Person類把變數_money作為private成員，並提供public的Change方法。但有爭議的地方在於，在Exchange中我們可以直接存取並修改p._money。請注意上面的代碼在C#編譯器下是完全合法的，類似的代碼在C++和Java下也一樣。我在第一次接觸這個例子的時候，起初有些疑惑編譯器是對還是錯？後來想了一個理由“OO的封裝是基於類的，而非對象”來說服自己。

現在，對這個問題有了更新的認識，希望和大家討論。上面的例子中，我們的理想情況是Person對象本身可以直接存取自己的_money變數，其他Person對象不能直接存取。但OO的封裝實現必須依賴編譯器進行靜態存取權限檢查；既然是靜態那就只能應用到類型，無法應用到對象執行個體。因此，在上例中C#編譯器無法確認p和this是否引用同一對象或不同對象。從這個意義上講，OO的封裝只到類這一層級與其說是設計考慮不如說是不得以的選擇。

從更大的層面上講，這個例子不僅和OO封裝相關，本質上是反映了程式語言類型系統的作用和局限。程式語言的類型系統是一種靜態跟蹤和檢查機制，它能保證程式的類型正確性，但無法保證語義正確性（理想情況下，上面的例子中，p如果和this是同一對象那麼語義正確；否則，語義錯誤）。換句話說，類型正確性可以通過類型系統用形式化的方式進行表達和檢查。那麼語義正確性應該如何來保證呢？有沒有形式化的方式呢？答案也許就像下面這樣：

public class Person {
    private int _money;

    public void Change(amount){
        this._money += amount;
    }

    public void Exchange(Person p, int amount) {
        Assert(this != p);
        p.Change(-amount);
        this._money += amount;
    }
}

增加Assert斷言，就是希望從形式上保證語義的正確性。我的理解是：我們需要一種形式化的方式保證語義的正確性。這是不是就是所謂契約式編程的初衷呢？希望高手指點！