第五章 面向对象编程 ​

了解面向对象编程的基本概念和原则 ​

面向对象编程是一种常用的编程范式，它将程序中的数据和方法组织成对象，并通过对象之间的交互实现程序的功能。在面向对象编程中，对象是程序的基本单元，而类则是对象的模板。下面分别介绍一下面向对象编程的基本概念和原则。

1. 面向对象编程的基本概念

(1) 对象：对象是程序中的基本单元，它包含了数据和方法。对象是根据类定义的，可以通过实例化类来创建对象。例如，一个手机可以看作是一个对象，它包含了品牌、型号、颜色等数据，以及打电话、发短信等方法。

(2) 类：类是对象的模板，用于定义对象的属性和方法。在类中定义的属性和方法可以被类的实例所共享。例如，手机类可以定义品牌、型号、颜色等属性，以及打电话、发短信等方法。

(3) 继承：继承是面向对象编程中的一种机制，它允许一个类继承另一个类的属性和方法。子类可以继承父类的属性和方法，并且可以在此基础上进行扩展和修改。例如，一个智能手机可以继承手机类的属性和方法，同时还可以扩展更多的功能，例如拍照、上网等。

(4) 多态：多态是面向对象编程中的一种特性，它允许不同对象对同一消息做出不同的响应。例如，手机类和智能手机类都可以有打电话的方法，但它们可能具有不同的实现方式，例如智能手机的打电话可能包含了视频通话和语音通话等多种方式。

2. 面向对象编程的基本原则

(1) 封装：封装是面向对象编程中的一种机制，它将数据和方法封装在对象中，并限制对其直接访问。通过封装，可以实现数据的保护和安全，避免数据被意外修改或访问。

(2) 继承：继承是面向对象编程中的一种机制，它允许子类继承父类的属性和方法，并在此基础上进行扩展和修改。通过继承，可以实现代码的重用和扩展，避免重复编写相似的代码。

(3) 多态：多态是面向对象编程中的一种特性，它允许不同对象对同一消息做出不同的响应。通过多态，可以实现代码的灵活和可扩展性，避免大量的条件语句和分支结构，提高代码的可读性和可维护性。

(4) 抽象：抽象是面向对象编程中的一种机制，它允许将对象的共性抽象出来，形成一个更通用、更抽象的类或接口。通过抽象，可以实现代码的复用和扩展，同时也可以提高代码的灵活性和可维护性。

(5) 接口：接口是面向对象编程中的一种机制，它定义了对象之间的通信协议。通过接口，可以实现对象之间的松耦合和可替换性，提高代码的可扩展性和可维护性。接口可以看作是一种契约，规定了对象应该具有哪些属性和方法，但并不涉及具体的实现方式。实现接口的类必须实现接口中定义的所有方法，以满足接口的要求。

总之，面向对象编程是一种强大的编程范式，它可以帮助程序员更好地组织和管理程序，提高代码的复用性、可读性和可维护性。熟练掌握面向对象编程的基本概念和原则，对于提高编程能力和开发效率都有很大的帮助。

学习如何定义类和创建对象 ​

在面向对象编程中，类是对象的模板，用于定义对象的属性和方法。通过类，我们可以创建多个对象，这些对象的属性和方法都是根据类定义的。下面分别介绍一下如何定义类和创建对象的步骤。

1. 定义类

定义类的步骤如下：

(1) 使用 class 关键字定义类，后面跟上类名，一般采用驼峰命名法，例如：class ClassName:

(2) 在类的定义中，可以定义类的属性和方法。类的属性是指对象所具有的特征，例如颜色、大小、价格等；类的方法是指对象所具有的行为，例如打印、计算、显示等。

(3) 在类的方法中，第一个参数一般为 self，表示方法所属的对象。通过 self，可以访问对象的属性和方法。

例如，下面是一个简单的类的定义：

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        
    def bark(self):
        print(f"{self.name} is barking!")

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        
    def bark(self):
        print(f"{self.name} is barking!")

在这个例子中，我们定义了一个名为 Dog 的类，它具有两个属性 name 和 age，以及一个方法 bark。其中，__init__ 方法是一个特殊的方法，用于初始化对象的属性。在这个例子中，__init__ 方法接受两个参数 name 和 age，并将它们赋值给对象的属性 self.name 和 self.age。bark 方法用于打印狗叫的信息，其中 self.name 表示对象的名字。

2. 创建对象

创建对象的步骤如下：

(1) 使用类名后跟一对括号，例如：object = ClassName()

(2) 在括号中可以传递初始化参数，用于设置对象的属性。如果不需要初始化参数，则可以省略括号。

例如，我们可以创建两个狗的对象，并调用它们的方法：

dog1 = Dog("Tom", 3)
dog2 = Dog("Jerry", 5)

dog1.bark()  # 输出：Tom is barking!
dog2.bark()  # 输出：Jerry is barking!

dog1 = Dog("Tom", 3)
dog2 = Dog("Jerry", 5)

dog1.bark()  # 输出：Tom is barking!
dog2.bark()  # 输出：Jerry is barking!

在这个例子中，我们创建了两个狗的对象 dog1 和 dog2，并分别传递了初始化参数 name 和 age。然后调用了它们的 bark 方法，输出了不同的信息。

总之，通过定义类和创建对象，我们可以实现面向对象编程的核心思想，即将程序中的数据和方法组织成对象，并通过对象之间的交互实现程序的功能。理解和掌握这些基本概念和操作，对于学习和应用面向对象编程都是非常重要的。

掌握类的继承和多态的概念和使用方法 ​

在面向对象编程中，类的继承和多态是两个非常重要的概念，它们能够帮助我们实现代码的重用和灵活性。下面分别介绍一下类的继承和多态的概念和使用方法。

1. 类的继承

类的继承是指一个类可以继承另一个类的属性和方法。通过继承，我们可以在原有的基础上扩展新的功能，同时也能够避免重复编写相似的代码。继承的类被称为子类，被继承的类被称为父类或基类。子类可以继承父类的所有属性和方法，同时也可以重载父类的方法，以实现自己的逻辑。

例如，我们可以定义一个 Animal 类，作为所有动物的基类，然后定义一个 Dog 类，作为 Animal 的子类，如下所示：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is speaking.")

# Dog类继承Animal类
class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print(f"{self.name} is barking.")

dog = Dog("Tom")
dog.speak()  # 输出：Tom is speaking.
dog.bark()   # 输出：Tom is barking.

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is speaking.")

# Dog类继承Animal类
class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print(f"{self.name} is barking.")

dog = Dog("Tom")
dog.speak()  # 输出：Tom is speaking.
dog.bark()   # 输出：Tom is barking.

在这个例子中，我们定义了一个 Animal 类，它具有一个 speak 方法，用于打印动物发出声音的信息。然后定义了一个 Dog 类，它继承了 Animal 类，并且具有一个 bark 方法，用于打印狗叫的信息。我们创建了一个 Dog 对象 dog，并调用了它的 speak 和 bark 方法，分别输出了不同的信息。

2. 多态

多态是指不同对象对同一消息做出不同的响应。在面向对象编程中，多态是指子类可以重载父类的方法，以实现自己的逻辑。当我们调用这个方法时，具体执行的是子类的方法还是父类的方法，取决于所调用的对象的类型。这种灵活性使得我们能够在不改变原有代码的基础上，通过添加新的子类来扩展功能。

例如，我们可以定义一个名为 Animal 的基类，其中包含一个 speak 方法，用于打印动物发出声音的信息。然后定义两个子类 Dog 和 Cat，它们分别重载了 speak 方法，实现了自己的逻辑：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is speaking.")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is barking.")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is meowing.")

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is speaking.")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is barking.")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} is meowing.")

在这个例子中，我们定义了一个 Dog 类和一个 Cat 类，它们都继承了 Animal 类，并且重载了 speak 方法。我们创建了一个 Dog 对象 dog 和一个 Cat 对象 cat，并调用了它们的 speak 方法。由于 dog 是 Dog 对象，而 cat 是 Cat 对象，它们都具有 speak 方法，但是实际执行的是它们各自的方法。这就是多态的体现。

例如，我们可以这样调用它们的 speak 方法：

dog = Dog("Tom")
cat = Cat("Jerry")

dog.speak()  # 输出：Tom is barking.
cat.speak()  # 输出：Jerry is meowing.

dog = Dog("Tom")
cat = Cat("Jerry")

dog.speak()  # 输出：Tom is barking.
cat.speak()  # 输出：Jerry is meowing.

在这个例子中，我们创建了一个名为 dog 的 Dog 对象和一个名为 cat 的 Cat 对象，然后分别调用它们的 speak 方法。由于 Dog 和 Cat 类都重载了 speak 方法，所以它们能够以各自不同的方式响应 speak 方法，实现了多态。

学习如何使用属性和方法 ​

在面向对象编程中，属性和方法是类的两个基本概念。属性是指对象所具有的特征，方法是指对象所具有的行为。通过使用属性和方法，我们可以访问和修改对象的状态，实现对象的功能。下面分别介绍一下如何使用属性和方法，以及它们的常见用法。

1. 属性的使用

属性是对象的特征，它们可以用于描述对象的状态。在 Python 中，属性通常是通过在类中定义变量来实现的。我们可以使用点号运算符 . 来访问对象的属性。例如，我们可以定义一个名为 Person 的类，其中包含一个 name 属性，如下所示：

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

在这个例子中，我们定义了一个 Person 类，它具有一个 name 属性，用于表示人的名字。在类的初始化方法中，我们使用 self.name 来定义这个属性。然后，我们可以创建一个 Person 对象，并访问它的 name 属性，如下所示：

print(person.name)  # 输出：Tom

print(person.name)  # 输出：Tom

在这个例子中，我们创建了一个名为 person 的 Person 对象，并访问了它的 name 属性，输出了它的名字。这就是属性的基本使用方法。

2. 方法的使用

方法是对象的行为，它们可以用于实现对象的功能。在 Python 中，方法通常是通过在类中定义函数来实现的。我们可以使用点号运算符 . 来调用对象的方法。例如，我们可以定义一个名为 Person 的类，其中包含一个 say_hello 方法，如下所示：

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")

在这个例子中，我们定义了一个 Person 类，它具有一个 say_hello 方法，用于打印人的名字。在方法中，我们使用 self.name 来访问对象的 name 属性，并将它打印出来。然后，我们可以创建一个 Person 对象，并调用它的 say_hello 方法，如下所示：

person = Person("Tom")
person.say_hello()  # 输出：Hello, my name is Tom.

person = Person("Tom")
person.say_hello()  # 输出：Hello, my name is Tom.

在这个例子中，我们创建了一个名为 person 的 Person 对象，并调用了它的 say_hello 方法，输出了它的名字。这就是方法的基本使用方法。

3. 属性和方法的常见用法

属性和方法是面向对象编程中非常常见的概念，它们被广泛应用于实现各种功能。以下是一些常见的用法：

• 封装数据：属性可以被用来封装数据，从而保护数据不被外部直接访问或修改。
• 实现对象的行为：方法可以被用来实现对象的行为，从而实现对象的功能。
• 继承和多态：属性和方法可以被用来实现类的继承和多态，从而实现代码的重用和灵活性。
• 访问控制：属性和方法可以被用来实现访问控制，从而限制对象的访问权限。

例如，我们可以定义一个名为 Account 的类，用于管理银行账户的信息。这个类包含一个 balance 属性，表示账户余额，以及一个 withdraw 方法，用于从账户中取款。我们可以在方法中实现对账户余额的修改和限制：

class Account:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance
        
    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            print("Insufficient balance.")
        else:
            self.balance -= amount
            print(f"Withdraw {amount} successfully. Current balance is {self.balance}.")

class Account:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance
        
    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            print("Insufficient balance.")
        else:
            self.balance -= amount
            print(f"Withdraw {amount} successfully. Current balance is {self.balance}.")

在这个例子中，我们定义了一个 Account 类，它具有一个 balance 属性和一个 withdraw 方法。在方法中，我们首先判断取款金额是否大于账户余额，如果是，则输出提示信息；否则，我们从账户余额中扣除取款金额，并输出取款结果和当前余额。然后，我们可以创建一个 Account 对象，并调用它的 withdraw 方法，如下所示：

account = Account(1000)
account.withdraw(500)  # 输出：Withdraw 500 successfully. Current balance is 500.
account.withdraw(1000) # 输出：Insufficient balance.

account = Account(1000)
account.withdraw(500)  # 输出：Withdraw 500 successfully. Current balance is 500.
account.withdraw(1000) # 输出：Insufficient balance.

在这个例子中，我们创建了一个名为 account 的 Account 对象，并分别调用它的 withdraw 方法来取款。由于我们在方法中实现了对账户余额的修改和限制，所以无论取款金额是多少，它都能够正确地响应。这就是属性和方法在实际应用中的常见用法。