カプセル化のためのプロパティ

CoddyのC#ジャーニー「オブジェクト指向プログラミング」セクションの一部。レッスン 32/70。

プロパティは、C#でカプセル化を実装するための主要な手段です。フィールドを直接公開するのではなく、データへのアクセス方法や変更方法を制御するプロパティでフィールドをラップします。

このパターンでは、プライベートフィールドと、アクセサーに検証やロジックを含むパブリックプロパティを組み合わせます。

public class Temperature
{
    private double celsius;
    
    public double Celsius
    {
        get { return celsius; }
        set
        {
            if (value < -273.15)
                celsius = -273.15;  // 絶対零度が下限
            else
                celsius = value;
        }
    }
}

これで、外部のコードからあり得ない温度を設定できなくなります。このプロパティは門番として機能し、オブジェクトが常に有効な状態を保つようにします。これがカプセル化の実例です。内部データは保護されながらも、制御されたインターフェースを通じてアクセスできます。

プロパティを使って、値を計算したり副作用を発生させたりすることもできます。

public double Fahrenheit
{
    get { return celsius * 9 / 5 + 32; }
    set { celsius = (value - 32) * 5 / 9; }
}

外部からは2つのプロパティが見えますが、内部にはフィールドが1つしかありません。プロパティを使うと、クラスを使用するコードを壊さずに実装の詳細を変更できます。これは適切なカプセル化の重要な利点です。

チャレンジ

簡単

プロパティを使ってデータの整合性を保護する商品在庫システムを作りましょう。価格が負の値にならず、数量が常に有効な範囲内に保たれるクラスを作成します。プロパティがデータを守る門番としてどのように機能するかを確認しましょう。

コードを2つのファイルに分けて整理します。

Product.cs: Inventory 名前空間に、プロパティによる検証を通じて商品情報を管理する Product クラスを作成します。商品には以下が必要です。
- private フィールド price（decimal）と、価格が決して 0 未満にならないようにする public プロパティ Price。負の価格を設定しようとした場合は、代わりに 0 として保存します。
- private フィールド quantity（int）と、値を 0 から 1000 の範囲内に保つ public プロパティ Quantity。0 未満の値は 0 に、1000 を超える値は 1000 になります。
- public の自動実装プロパティ Name（string）
- Price * Quantity を返す、計算による読み取り専用プロパティ TotalValue
name、price、quantity の順に受け取るコンストラクターを含め、検証が適用されるよう、すべての値をプロパティ経由で設定します。
Program.cs: メインファイルで、入力値を使って Product を作成します。次に、無効な可能性のある追加の入力値を使って、価格と数量の変更を試みます。プロパティがデータをどのように保護するかを確認できるよう、作成後と変更後の商品の状態を出力します。

入力は5つです。

商品名
初期価格（decimal）
初期数量（整数）
設定する新しい価格（decimal、負の値の場合があります）
設定する新しい数量（整数、範囲外の場合があります）

次の形式で出力します。

After creation:
{Name}: Price={Price}, Qty={Quantity}, Total={TotalValue}
After modifications:
{Name}: Price={Price}, Qty={Quantity}, Total={TotalValue}

たとえば、入力が Laptop、999.99、50、-100、1500 の場合、出力は次のようになります。

After creation:
Laptop: Price=999.99, Qty=50, Total=49999.50
After modifications:
Laptop: Price=0, Qty=1000, Total=0

負の価格が 0 になり、数量の 1500 が 1000 に制限されたことに注目してください。プロパティが無効な状態からオブジェクトを守っています。これがカプセル化の働きです。

自分で試してみよう

using System;
using Inventory;

class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 入力を読み取る
        string name = Console.ReadLine();
        decimal initialPrice = Convert.ToDecimal(Console.ReadLine());
        int initialQuantity = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        decimal newPrice = Convert.ToDecimal(Console.ReadLine());
        int newQuantity = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());

        // TODO: 初期値を使ってProductを作成する
        
        // TODO: 作成後の製品の状態を出力する
        Console.WriteLine("After creation:");
        // 出力形式: {Name}: Price={Price}, Qty={Quantity}, Total={TotalValue}
        
        // TODO: 新しい値で価格と数量を変更する
        
        // TODO: 変更後の製品の状態を出力する
        Console.WriteLine("After modifications:");
        // 出力形式: {Name}: Price={Price}, Qty={Quantity}, Total={TotalValue}
    }
}