【30天玩转python】面向对象编程基础

面向对象编程基础

面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称 OOP）是 Python 中非常重要的编程范式之一，它允许我们通过定义类和创建对象来组织代码。本节将介绍 Python 中面向对象编程的基本概念，包括类、对象、方法、继承、多态等核心概念。

1. 类与对象

1.1 什么是类

类是对象的蓝图或模板，定义了对象的属性和行为。属性是类中的变量，行为是类中的方法（函数）。通过类的定义，我们可以创建具有相似属性和行为的多个对象。

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class Dog:
    # 类属性
    species = "Canis lupus"

    # 初始化方法（构造函数）
    def __init__(self, name, age):
        # 实例属性
        self.name = name
        self.age = age

    # 实例方法
    def bark(self):
        print(f"{self.name} 在叫！")

# 创建对象
my_dog = Dog("旺财", 5)
print(my_dog.name)  # 输出：旺财
my_dog.bark()       # 输出：旺财 在叫！

1.2 什么是对象

对象是类的实例化，类就像一个模板，而对象是根据这个模板创建的实际实体。每个对象都有独立的属性和值，但行为（方法）是共享的。

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dog1 = Dog("小白", 2)
dog2 = Dog("大黄", 4)

print(dog1.name)  # 输出：小白
print(dog2.name)  # 输出：大黄

2. 类的构造方法

Python 中的类有一个特殊的初始化方法 __init__()，当我们创建对象时，这个方法会被自动调用，用于初始化对象的属性。

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class Cat:
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name
        self.color = color

my_cat = Cat("咪咪", "白色")
print(my_cat.name)   # 输出：咪咪
print(my_cat.color)  # 输出：白色

3. 类属性与实例属性

类属性 ：类属性是所有对象共享的属性，定义在类内部但在 __init__() 方法之外。
实例属性 ：实例属性是每个对象独有的属性，通常在 __init__() 方法中定义。

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class Bird:
    species = "鸟类"  # 类属性

    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 实例属性

bird1 = Bird("麻雀")
bird2 = Bird("乌鸦")

print(bird1.species)  # 输出：鸟类
print(bird2.species)  # 输出：鸟类

print(bird1.name)  # 输出：麻雀
print(bird2.name)  # 输出：乌鸦

4. 方法

类中的方法是定义在类内部的函数，用来描述类的行为。方法有以下几种：

4.1 实例方法

实例方法是最常见的方法，它操作的是对象的属性，并且需要使用 self 参数来访问实例属性。

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class Car:
    def __init__(self, model, color):
        self.model = model
        self.color = color

    def drive(self):
        print(f"{self.color} {self.model} 正在行驶")

my_car = Car("Toyota", "红色")
my_car.drive()  # 输出：红色 Toyota 正在行驶

4.2 类方法

类方法是作用于类本身的方法，它们通过 @classmethod 装饰器定义，并且第一个参数通常是 cls，用于访问类属性。

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class Animal:
    species = "动物"

    @classmethod
    def show_species(cls):
        print(f"这是一个 {cls.species}")

Animal.show_species()  # 输出：这是一个 动物

4.3 静态方法

静态方法不依赖于类或实例，它们通过 @staticmethod 装饰器定义，通常用于定义逻辑上与类相关但不需要访问类或实例属性的方法。

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class MathOperations:
    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b

result = MathOperations.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

5. 继承

继承是面向对象编程的重要特性之一，它允许一个类继承另一个类的属性和方法，从而实现代码复用。父类（超类）是被继承的类，子类（派生类）是继承父类的类。

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

    def speak(self):
        print(f"{self.name} 在发出声音")

# 继承 Animal 类
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 在汪汪叫")

my_dog = Dog("旺财")
my_dog.speak()  # 输出：旺财 在汪汪叫

5.1 重写父类方法

子类可以重写（覆盖）父类中的方法，实现特定功能。

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class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 在喵喵叫")

my_cat = Cat("小花")
my_cat.speak()  # 输出：小花 在喵喵叫

6. 多态

多态是指在不同的类中实现相同的方法，尽管方法的实现不同，但它们具有相同的调用方式。多态允许不同类的对象使用相同的接口。

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class Animal:
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("汪汪")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵")

def animal_sound(animal):
    animal.speak()

dog = Dog()
cat = Cat()

animal_sound(dog)  # 输出：汪汪
animal_sound(cat)  # 输出：喵喵

7. 封装

封装是一种将对象的属性和方法保护起来的机制，防止外部直接访问和修改。通过在属性名前加 _ 或 __，可以将其设置为"私有"或"受保护"属性。

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class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.__age = age  # 私有属性

    def get_age(self):
        return self.__age

p = Person("Alice", 30)
print(p.name)    # 输出：Alice
print(p.get_age())  # 输出：30

8. 小结

面向对象编程是 Python 强大的编程范式之一，通过类和对象，我们可以组织代码并实现模块化。理解类与对象、继承、多态、封装等核心概念，可以帮助我们编写更清晰、可维护、易扩展的代码。