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Python基础——PyCharm版本——第七章、面向对象编程

發布時間：2024/8/26 python 44 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Python基础——PyCharm版本——第七章、面向对象编程小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

🤵🤗Python_Base:Chapter vii🤗🤵

OOP

類和實例

封裝

繼承和多態

OOP

面向對象編程——Object Oriented Programming，簡稱OOP，是一種程序設計思想。OOP把對象作為程序的基本單元，一個對象包含了數據和操作數據的函數。

面向過程的程序設計把計算機程序視為一系列的命令集合，即一組函數的順序執行。為了簡化程序設計，面向過程把函數繼續切分為子函數，即把大塊函數通過切割成小塊函數來降低系統的復雜度。

而面向對象的程序設計把計算機程序視為一組對象的集合，而每個對象都可以接收其他對象發過來的消息，并處理這些消息，計算機程序的執行就是一系列消息在各個對象之間傳遞。

在Python中，所有數據類型都可以視為對象，當然也可以自定義對象。自定義的對象數據類型就是面向對象中的類（Class）的概念。

我們以一個例子來說明面向過程和面向對象在程序流程上的不同之處。

假設我們要處理學生的成績表，為了表示一個學生的成績，面向過程的程序可以用一個dict表示：

std1 = { 'name': 'Michael', 'score': 98 } std2 = { 'name': 'Bob', 'score': 81 }

而處理學生成績可以通過函數實現，比如打印學生的成績：

def print_score(std):print('%s: %s' % (std['name'], std['score']))

如果采用面向對象的程序設計思想，我們首選思考的不是程序的執行流程，而是Student這種數據類型應該被視為一個對象，這個對象擁有name和score這兩個屬性（Property）。如果要打印一個學生的成績，首先必須創建出這個學生對應的對象，然后，給對象發一個print_score消息，讓對象自己把自己的數據打印出來。

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = scoredef print_score(self):print('%s: %s' % (self.name, self.score))

給對象發消息實際上就是調用對象對應的關聯函數，我們稱之為對象的方法（Method）。面向對象的程序寫出來就像這樣：

bart = Student('Bart Simpson', 59) lisa = Student('Lisa Simpson', 87) bart.print_score() lisa.print_score()

面向對象的設計思想是從自然界中來的，因為在自然界中，類（Class）和實例（Instance）的概念是很自然的。Class是一種抽象概念，比如我們定義的Class——Student，是指學生這個概念，而實例（Instance）則是一個個具體的Student，比如，Bart Simpson和Lisa Simpson是兩個具體的Student。

所以，面向對象的設計思想是抽象出Class，根據Class創建Instance。

面向對象的抽象程度又比函數要高，因為一個Class既包含數據，又包含操作數據的方法。

類和實例

面向對象最重要的概念就是類（Class）和實例（Instance），必須牢記類是抽象的模板，比如Student類，而實例是根據類創建出來的一個個具體的“對象”，每個對象都擁有相同的方法，但各自的數據可能不同。

仍以Student類為例，在Python中，定義類是通過class關鍵字：

class Student(object):pass

class后面緊接著是類名，即Student，類名通常是大寫開頭的單詞，緊接著是(object)，表示該類是從哪個類繼承下來的，繼承的概念我們后面再講，通常，如果沒有合適的繼承類，就使用object類，這是所有類最終都會繼承的類。

定義好了Student類，就可以根據Student類創建出Student的實例，創建實例是通過類名+()實現的：

class Student(object):pass bart = Student() print(bart) print(Student)

可以看到，變量bart指向的就是一個Student的實例，后面的0x10a67a590是內存地址，每個object的地址都不一樣，而Student本身則是一個類。

可以自由地給一個實例變量綁定屬性，比如，給實例bart綁定一個name屬性：

class Student(object):pass bart = Student() bart.name = 'Blus li' print(bart.name)

由于類可以起到模板的作用，因此，可以在創建實例的時候，把一些我們認為必須綁定的屬性強制填寫進去。通過定義一個特殊的__init__方法，在創建實例的時候，就把name，score等屬性綁上去：

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = score

注意：特殊方法“__init__”前后分別有兩個下劃線！！！

注意到__init__方法的第一個參數永遠是self，表示創建的實例本身，因此，在__init__方法內部，就可以把各種屬性綁定到self，因為self就指向創建的實例本身。

有了__init__方法，在創建實例的時候，就不能傳入空的參數了，必須傳入與__init__方法匹配的參數，但self不需要傳，Python解釋器自己會把實例變量傳進去：

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = score bart = Student('Blus li', 97) print(bart.name) print(bart.score)

和普通的函數相比，在類中定義的函數只有一點不同，就是第一個參數永遠是實例變量self，并且，調用時，不用傳遞該參數。除此之外，類的方法和普通函數沒有什么區別，所以，你仍然可以用默認參數、可變參數、關鍵字參數和命名關鍵字參數。

封裝

面向對象編程的一個重要特點就是數據封裝。在上面的Student類中，每個實例就擁有各自的name和score這些數據。我們可以通過函數來訪問這些數據，比如打印一個學生的成績：

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = score bart = Student('Blus li', 97) def print_score(std):print('%s: %s' % (std.name, std.score)) print_score(bart)

但是，既然Student實例本身就擁有這些數據，要訪問這些數據，就沒有必要從外面的函數去訪問，可以直接在Student類的內部定義訪問數據的函數，這樣，就把“數據”給封裝起來了。這些封裝數據的函數是和Student類本身是關聯起來的，我們稱之為類的方法：

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = scoredef print_score(self):print('%s: %s' % (self.name, self.score))

要定義一個方法，除了第一個參數是self外，其他和普通函數一樣。要調用一個方法，只需要在實例變量上直接調用，除了self不用傳遞，其他參數正常傳入：

class Student(object):def __init__(self, name, score):self.name = nameself.score = scoredef print_score(self):print('%s: %s' % (self.name, self.score))bart=Student("Blue Li",96); bart.print_score()

繼承和多態

在OOP程序設計中，當我們定義一個class的時候，可以從某個現有的class繼承，新的class稱為子類（Subclass），而被繼承的class稱為基類、父類或超類（Base class、Super class）。

比如，我們已經編寫了一個名為Animal的class，有一個run()方法可以直接打印：

class Animal(object):def run(self):print('Animal is running...')

當我們需要編寫Dog和Cat類時，就可以直接從Animal類繼承：

class Dog(Animal):passclass Cat(Animal):pass

對于Dog來說，Animal就是它的父類，對于Animal來說，Dog就是它的子類。Cat和Dog類似。

繼承有什么好處？最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由于Animial實現了run()方法，因此，Dog和Cat作為它的子類，什么事也沒干，就自動擁有了run()方法：

dog = Dog() dog.run()cat = Cat() cat.run()

運行結果如下：

Animal is running... Animal is running...

當然，也可以對子類增加一些方法，比如Dog類：

class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')def eat(self):print('Eating meat...')

繼承的第二個好處需要我們對代碼做一點改進。你看到了，無論是Dog還是Cat，它們run()的時候，顯示的都是Animal is running...，符合邏輯的做法是分別顯示Dog is running...和Cat is running...，因此，對Dog和Cat類改進如下：

class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')class Cat(Animal):def run(self):print('Cat is running...')

再次運行，結果如下：

Dog is running... Cat is running...

當子類和父類都存在相同的run()方法時，我們說，子類的run()覆蓋了父類的run()，在代碼運行的時候，總是會調用子類的run()。這樣，我們就獲得了繼承的另一個好處：多態。

要理解什么是多態，我們首先要對數據類型再作一點說明。當我們定義一個class的時候，我們實際上就定義了一種數據類型。我們定義的數據類型和Python自帶的數據類型，比如str、list、dict沒什么兩樣：

a = list() # a是list類型 b = Animal() # b是Animal類型 c = Dog() # c是Dog類型

判斷一個變量是否是某個類型可以用isinstance()判斷：

class Animal(object):def run(self):print('Animal is running...') class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')class Cat(Animal):def run(self):print('Cat is running...') a = list() # a是list類型 b = Animal() # b是Animal類型 c = Dog() # c是Dog類型 print(isinstance(a, list)) print(isinstance(b, Animal)) print(isinstance(c, Dog))

看來a、b、c確實對應著list、Animal、Dog這3種類型。

但是等等，試試：

看來c不僅僅是Dog，c還是Animal！

不過仔細想想，這是有道理的，因為Dog是從Animal繼承下來的，當我們創建了一個Dog的實例c時，我們認為c的數據類型是Dog沒錯，但c同時也是Animal也沒錯，Dog本來就是Animal的一種！

所以，在繼承關系中，如果一個實例的數據類型是某個子類，那它的數據類型也可以被看做是父類。但是，反過來就不行：

Dog可以看成Animal，但Animal不可以看成Dog。

要理解多態的好處，我們還需要再編寫一個函數，這個函數接受一個Animal類型的變量：

def run_twice(animal):animal.run()animal.run()

當我們傳入Animal的實例時，run_twice()就打印出：

class Animal(object):def run(self):print('Animal is running...') class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')class Cat(Animal):def run(self):print('Cat is running...') def run_twice(animal):animal.run()animal.run() run_twice(Animal())

當我們傳入Dog的實例時，run_twice()就打印出：

class Animal(object):def run(self):print('Animal is running...') class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')class Cat(Animal):def run(self):print('Cat is running...') def run_twice(animal):animal.run()animal.run() run_twice(Dog())

?看上去沒啥意思，但是仔細想想，現在，如果我們再定義一個Tortoise類型，也從Animal派生：

class Animal(object):def run(self):print('Animal is running...') class Dog(Animal):def run(self):print('Dog is running...')class Cat(Animal):def run(self):print('Cat is running...') class Tortoise(Animal):def run(self):print('Tortoise is running slowly...') def run_twice(animal):animal.run()animal.run() run_twice(Tortoise())

你會發現，新增一個Animal的子類，不必對run_twice()做任何修改，實際上，任何依賴Animal作為參數的函數或者方法都可以不加修改地正常運行，原因就在于多態。

多態的好處就是，當我們需要傳入Dog、Cat、Tortoise……時，我們只需要接收Animal類型就可以了，因為Dog、Cat、Tortoise……都是Animal類型，然后，按照Animal類型進行操作即可。由于Animal類型有run()方法，因此，傳入的任意類型，只要是Animal類或者子類，就會自動調用實際類型的run()方法，這就是多態的意思：

對于一個變量，我們只需要知道它是Animal類型，無需確切地知道它的子類型，就可以放心地調用run()方法，而具體調用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat還是Tortoise對象上，由運行時該對象的確切類型決定，這就是多態真正的威力：調用方只管調用，不管細節，而當我們新增一種Animal的子類時，只要確保run()方法編寫正確，不用管原來的代碼是如何調用的。這就是著名的“開閉”原則：

對擴展開放：允許新增Animal子類；

對修改封閉：不需要修改依賴Animal類型的run_twice()等函數。

繼承還可以一級一級地繼承下來，就好比從爺爺到爸爸、再到兒子這樣的關系。而任何類，最終都可以追溯到根類object，這些繼承關系看上去就像一顆倒著的樹。比如如下的繼承樹：

┌───────────────┐│ object │└───────────────┘│┌────────────┴────────────┐│ │▼ ▼┌─────────────┐ ┌─────────────┐│ Animal │ │ Plant │└─────────────┘ └─────────────┘│ │┌─────┴──────┐ ┌─────┴──────┐│ │ │ │▼ ▼ ▼ ▼ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │ Dog │ │ Cat │ │ Tree │ │ Flower │

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python基础——PyCharm版本——第七章、面向对象编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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