Python基础学习（十）面向对象编程（基础）

五月行秋2024-11-03 22:37

代码获取：https://github.com/qingxuly/hsp_python_course

完结版：Python基础学习（完结版）

面向对象编程（基础）

类与对象

类与实例的关系
  • 类与实例的关系示意图
快速入门---面向对象的方式解决养猫问题
python 复制代码 
# 定义一个猫类，age, name, color 是属性，或者称为成员变量
# Cat 类 就是你自己定义的一个新类型

# 定义 Cat 类
class Cat:
    # age, name, color 是属性
    age = None  # 年龄属性
    name = None  # 名字属性
    color = None  # 颜色属性


# 通过 Cat 类，创建实例（实例对象/对象）
cat1 = Cat()

# 通过对象名.属性名 可以给各个属性赋值
cat1.name = "小白"
cat1.age = 2
cat1.color = "白色"

# 通过对象名.属性名，可以访问到属性
print(f "cat1 的信息为：name: {cat1.name} age {cat1.age} color {cat1.color}")

# 小结：通过上面的 oop 解决问题，可以更好地管理小猫的属性
类和对象的区别和联系
  • 类是抽象的，概念的，代表一类事物，比如人类，猫类，...，即它是数据类型。
  • 对象是具体的，实际的，代表一个具体事物，即是实例。
  • 类是对象的模板，对象是类的一个个体，对应一个实例。
对象在内存中的存在形式
  • 内存分析图
属性/成员变量
  • 基本介绍
    • 类中定义的属性（变量），我们成为：成员变量。
    • 属性是类的一个组成部分，一般是字符串、数值，也可以是其它类型（list、dict等），比如前面定义Cat类的name、age就是属性。
  • 注意事项和细节说明
    • 属性的定义语法同变量，实例：属性名 = 值，如果没有值，可以赋值None。
      • None 是python的内置常量，通常被用来代表空值的对象。
    • 如果给属性指定的有值，那么创建的对象属性就有值。
python 复制代码 
# 定义 Cat 类
class Cat:
    # age, name, color 是属性
    age = 2  # 年龄属性
    name = "小白"  # 名字属性
    color = "白色"  # 颜色属性


# 创建对象
cat1 = Cat()

print(f "age:{cat1.age}, name:{cat1.name}, color:{cat1.color}")
类的定义和使用
  • 如何定义类
python 复制代码 
class 类名：
	属性...
    行为...
    
# class 是关键字，表示后面定义的是类。
# 属性：定义在类中的变量（成员变量）
# 行为：定义在类中的函数（成员方法）
  • 如何创建对象
python 复制代码 
对象名 = 类名()

# 举例
cat = Cat()
  • 如何访问属性
python 复制代码 
对象名.属性名

# 举例
cat.name
对象的传递机制
python 复制代码 
class Person:
    age = None
    name = None


p1 = Person()
p1.age = 10
p1.name = "小明"

p2 = p1
print(p2.age)
print(f "id(p1.name): {id(p1.name)}, id(p2.name): {id(p2.name)}")
python 复制代码 
a = Person()
a.age = 10
a.name = "jack"

b = a
print(b.name)
b.age = 200
b = None
print(a.age)
print(b.age)  # AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'age'

对象的布尔值

  • Python一切皆为西，所有对象都有一个布尔值，可以通过内置函数bool()可以获取对象的布尔值。
  • 下面对象的布尔值为False
    • False、数值0、None、空字符串、空列表、空字典、空元组、空集合。
python 复制代码 
print("---下面对象的布尔值为 False---")
print(bool(False))
print(bool(0))
print(bool(None))
print(bool(""))
print(bool([]))
print(bool(()))
print(bool({}))
print(bool(set()))
python 复制代码 
# 因为所有对象都有一个布尔值，所有有些代码直接使用对象的布尔值做判断
content = "hello"
if content:
    print(f "hi {content}")
else:
    print("空字符串")


lst = [1, 2]
if lst:
    print(f "lst {lst}")
else:
    print("空列表")

成员方法

基本介绍
  • 类出来有一些属性外，还会有一些行为，比如人类有年龄、姓名等属性，我们人类还有一些行为，比如：可以说话、跑步、...，通过学习，还可以做算术题。这时就要用成员方法才能完成。
python 复制代码 
class 类名:
    属性...
    行为...
    
# 类中定义的行为（函数），我们成为：成员方法/方法
成员方法的定义和使用
  • 成员方法的定义
    • 在类中定义成员方法和前面学习过的定义函数，基本是一样的（原理和运行机制是一样的），但是还是有点不同（形式上有不同）。
python 复制代码 
def 方法名(self, 形参列表):
    方法体

# 在方法定义的参数列表中，有一个 self
# self 是定义成员方法时，需要写上的
# self 表示当前对象本身
# 当我们通过对象调用方法时，self 会隐式的传入
# 在方法内部，需要使用 self，才能访问到成员变量
  • 案例演示
python 复制代码 
class Person:
    age = None
    name = None

    # 成员方法
    def hi(self):
        print("hi, python")

    def cal01(self):
        result = 0
        for i in range(1, 1001):
            result += i
        print(f "result: {result}")

    def cal02(self, n):
        result = 0
        for i in range(1, n + 1):
            result += i
        print(f "result: {result}")

    def get_sum(self, n1, n2):
        return n1 + n2


# 测试
p = Person()

p.hi()
p.cal01()
p.cal02(10)
print(p.get_sum(10, 20))
使用细节
  • python也支持对象动态的添加方法
python 复制代码 
# 函数
def hi():
    print("hi, python")


# 定义类
class Person:
    age = None
    name = None

    def ok(self):
        pass


# 创建对象 p、p2
p = Person()
p2 = Person()

# 动态地给 p 对象添加方法 m1，注意：只是针对 p 对象添加方法
# m1 是你新增加的方法的名称，由程序员指定名称
# 即 m1 方法和函数 hi 关联起来，当调用 m1 方法时，会执行 hi 函数
p.m1 = hi

# 调用 m1(即 hi)
p.m1()

print(type(p.m1), type(hi))  # <class 'function'> <class 'function'>
print(type(p.ok))  # <class 'method'>


# 因为没有动态的给 p2 添加方法，会报错
p2.m1()  # AttributeError: 'Person' object has no attribute 'm1'

self

访问对象的属性/成员变量
python 复制代码 
class Cat:
    name = "波斯猫"
    age = 2

    def info(self, name):
        print(f "name: {name}")  # 加菲猫
        # 通过 self.属性名 可以访问对象的属性/成员变量
        print(f "属性 name：{self.name}")  # 波斯猫


cat = Cat()
cat.info("加菲猫")
基本介绍
  • 基本语法
python 复制代码 
def 方法名(self, 形参列表):
    方法体

# 在方法定义的参数列表中，有一个 self
# self 是定义方法时，需要写上的，如果不写，则需要使用 @staticmethod 标注，否则会报错
# 将方法转换为静态方法：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/functions.html#staticmethod
python 复制代码 
class Dog:
    name = "藏獒"
    age = 2

    def info(self, name):
        print(f "name: {name}")

    # @staticmethod 可以将普通方法转换为静态方法。
    # 如果是一个静态方法，可以不带 self
    # 静态方法的调用形式有两种：通过对象调用、通过类名调用
    @staticmethod
    def ok():
        print("ok()...")


dog = Dog()
dog.info("德牧")

# 通过对象调用
dog.ok()
# 通过类名调用
Dog.ok()
  • self 表示当前对象本身，简单的说，哪个对象调用，self 就代表哪个对象。
python 复制代码 
class Dog:
    name = "藏獒"
    age = 2

    def hi(self):
        print(f "hi self: {id(self)}")


dog2 = Dog()
print(f "dog2: {id(dog2)}")
dog2.hi()

dog3 = Dog()
print(f "dog3: {id(dog3)}")
dog3.hi()

  • 当我们通过对象调用方法时，self 会隐式的传入。

  • 在方法内部，要访问成员变量和成员方法，需要使用 self。

python 复制代码 
# 在方法内部，要访问成员变量和成员方法，需要使用 self。
class Dog:
    name = "藏獒"
    age = 2

    def eat(self):
        print(f "{self.name} 饿了...")

    def cry(self, name):
        print(f "{name} is crying")
        print(f "{self.name} is crying")
        self.eat()
        # 不能直接调用
        # eat()


dog = Dog()
# 修改 dog 对象的属性 name
dog.name = "中华田园犬"
dog.cry("金毛")
  • 练习题
python 复制代码 
class Person:
    name = None
    age = None

    def compare_to(self, other):
        # 名字和年龄都一样，就返回 True，否则返回 False
        return self.name == other.name and self.age == other.age


p1 = Person()
p1.name = "jack"
p1.age = 3
p2 = Person()
p2.name = "jack"
p2.age = 3

print(p1.compare_to(p2))

对象作为参数传递

  • 对象的传参机制
python 复制代码 
class Person:
    name = None
    age = None


# 分析对象作为参数传递到函数/方法的机制
def f1(person):
    print(f "②person 的地址：{id(person)}")
    person.name = "james"
    person.age += 1


# 创建对象 p1
p1 = Person()

p1.name = "jordan"
p1.age = 21

print(f "①p1 的地址：{id(p1)} p1.name: {p1.name} p1.age: {p1.age}")
f1(p1)

print(f "③p1 的地址：{id(p1)} p1.name: {p1.name} p1.age: {p1.age}")
  • 示意图

作用域

  • 在面向对象编程中，主要的变量就是成员变量（属性）和局部变量。
python 复制代码 
class Cat:
    # 属性(成员变量)
    name = None
    age = None
    
    # n1, n2, result 就是局部变量
    def cal(self, n1, n2):
        result = n1 + n2
        print(f "result = {result}")
  • 我们说的局部变量，一般指在成员方法中定义的变量。
  • 作用域的分类：属性作用域为整个类，比如 Cat类：cry eat 等方法使用属性。
python 复制代码 
class Cat:
    # 属性
    name = None
    age = None
    
    # n1, n2, result 就是局部变量
    def cal(self, n1, n2):
        result = n1 + n2
        print(f "cal() 使用属性 name {self.name}")
    
    def cry(self):
        print(f "cry() 使用属性 name {self.name}")
    
    def eat(self):
        print(f "eat() 使用属性 name {self.name}")

        
cat = Cat()
cat.cal(10, 20)
cat.cry()
cat.eat()
  • 局部变量：也就是方法中定义的变量，作用域是它在方法中。
  • 属性和局部变量可以重名，访问时带上 self，表示访问的属性，没有带 self，则是访问局部变量。
python 复制代码 
class Cat:
    # 属性
    name = None
    age = None
    
	def hi(self):
        name = "皮皮"
        print(f "name is {name}")
        print(f "self.name is {self.name}")


cat = Cat()
cat.name = "小咪"
cat.hi()

构造方法

基本介绍
python 复制代码 
def __init__(self, 参数列表):
    代码...
  • 在初始化对象时，会自动执行__init__方法
  • 在初始化对象时，传入的参数，自动传递给__init__方法。
  • 构造方法是python预定义的，名称是__init__，注意init前后都有两个_。
python 复制代码 
# 在初始化对象时，会自动执行 __init__ 方法
class Person:
    name = None
    age = None

    # 构造方法/构造器
    # 构造方法是完成对象的初始化任务
    def __init__(self, name, age):
        print(f "__init__ 执行了 {name} {age}")
        # 把接收到的 name 和 age 赋给属性(name, age)
        # self 就是你当前创建的对象
        print(f "self id: {id(self)}")
        self.name = name
        self.age = age


# 创建对象
p1 = Person("kobe", 20)
print(f "p1 id: {id(p1)}")
print(f "p1 的信息： {p1.name} {p1.age}")

p2 = Person("tim", 30)
print(f "p2 id: {id(p2)}")
print(f "p2 的信息： {p2.name} {p2.age}")
注意事项和使用细节
  • 一个类只有一个__init__方法，即使你写了多个，也只有最后一个生效。
python 复制代码 
class Person:
    name = None
    age = None

    def __init__(self, name, age):
        print(f "__init__ 执行了... 得到了{name} {age}")
        self.name = name
        self.age = age

    def __init__(self, name):
        print(f " __init__ 执行了~~ 得到了{name}")
        self.name = name


# TypeError: Person.__init__() takes 2 positional arguments but 3 were given
# p1 = Person("tim", 20)

# 后面的 __init__()生效
p1 = Person("tim")
print(f "p1 的 name ={p1.name} age ={p1.age}")
python 复制代码 
# 为了代码简洁，我们也可以通过 __init__ 动态的生成对象属性
# python 可以动态的生成对象属性。
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        print(f "__init__ 执行了... 得到了{name} {age}")
        # 将接收到的 name 和 age 赋给当前对象的 name 和 age 属性
        # python 支持动态生成对象属性
        self.name = name
        self.age = age


p1 = Person("tim", 30)
print(f "p1 的 name ={p1.name} age ={p1.age}")
  • 构造方法不能有返回值。
python 复制代码 
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        print(f "__init__ 执行了... 得到了{name} {age}")
        self.name = name
        self.age = age
        return "hello"  # TypeError: __init__() should return None, not 'str'

练习

1、编写A01，定义方法max_lst，实现求某个float 列表list = [1.1, 2.9, -1.9, 67.9]的最大值，并返回。

python 复制代码 
# 1、编写 A01，定义方法 max_lst，实现求某个 float 列表 list = [1.1, 2.9, -1.9, 67.9] 的最大值，并返回。
"" "
    思路分析
    1. 类名：A01
    2. 方法：max_lst(self, lst), 功能：返回列表的最大值
"" "


class A01:
    def max_lst(self, lst):
        return max(lst)


# 测试
a = A01()
print("最大值：", a.max_lst([1.1, 2.9, -1.9, 67.9]))

2、编写类Book，定义方法update_price，实现更改某本书的价格，具体：如果价格>150，则更改为150，如果价格>100，更改为100，否则不变。

python 复制代码 
# 2、编写类 Book，定义方法 update_price，实现更改某本书的价格，具体：如果价格 > 150，则更改为 150，如果价格 > 100，更改为 100，否则不变。
"" "
    思路分析：
    类名：Book
    属性：name, price
    构造器：__init__(self, name, price)
    方法：update_price, 功能：如果价格 > 150，则更改为 150，如果价格 > 100，更改为 100，否则不变。
"" "


class Book:

    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price

    def update_price(self):
        # 如果价格 > 150，则更改为 150，如果价格 > 100，更改为 100，否则不变。
        if self.price > 150:
            self.price = 150
        elif self.price > 100:
            self.price = 100

    def info(self):
        # 输出书籍的信息
        print(f "书的信息：{self.name} {self.price}")


book = Book("天龙八部", 99)
book.info()
book.update_price()
book.info()

3、定义一个圆类Circle，定义属性：半径，提供显示圆周长功能的方法，提供显示圆面积的方法。

python 复制代码 
# 定义一个圆类 Circle，定义属性：半径，提供显示圆周长功能的方法，提供显示圆面积的方法。

"" "
    思路分析：
    类名：Circle
    属性：radius
    构造器：__init_(self, radius)
    方法：len(self) 显示圆周长
    方法：area(self) 显示圆面积
"" "
import math


class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def len(self):
        len = 2 * math.pi * self.radius
        print("周长：", round(len, 2))

    def area(self):
        area = math.pi * (self.radius ** 2)
        print("面积：", round(area, 2))


# 测试
circle = Circle(5)
circle.len()
circle.area()

4、编程创建一个Cal计算类，在其中定义2个成员变量表示两个操作数，定义四个方法实现求和、差、乘、商（要求除数为0的话，要提示）并创建对象，分别测试。

python 复制代码 
# 编程创建一个 Cal 计算类，在其中定义 2 个成员变量表示两个操作数，定义四个方法实现求和、差、乘、商（要求除数为 0 的话，要提示）并创建对象，分别测试
"" "
    思路分析：
    类名：Cal
    属性：num1, num2
    构造器/构造方法：__init__(self, num1, num2)
    定义四个方法实现求和 def sum(), 求差 def minus(), 求积 def mul(), 求商 def div()
    商（要求除数为 0 的话，要提示）
"" "


class Cal:
    def __init__(self, num1, num2):
        self.num1 = num1
        self.num2 = num2

    def sum(self):
        return self.num1 + self.num2

    def minus(self):
        return self.num1 - self.num2

    def mul(self):
        return self.num1 * self.num2

    def div(self):
        if self.num2 == 0:
            print("num2 不能为 0")
        else:
            return self.num1 / self.num2


cal = Cal(1, 0)
print("和 =", cal.sum())
print("差 =", cal.minus())
print("积 =", cal.mul())
print("商 =", cal.div())

5、定义Music类，里面有音乐名name，音乐时长times属性，并有播放play功能，和返回本身属性信息的方法get_info。

python 复制代码 
# 定义 Music 类，里面有音乐名 name，音乐时长 times 属性，并有播放 play 功能，和返回本身属性信息的方法 get_info
"" "
    思路分析：
    类名：Music
    属性：name, times
    构造器：__init__(self, name, times)
    方法：play, get_info
"" "


class Music:
    def __init__(self, name, times):
        self.name = name
        self.times = times

    def play(self):
        print(f "音乐名 {self.name} 正在播放中... 时长为 {self.times}")

    def get_info(self):
        return f "音乐的信息： name:{self.name} times:{self.times}"


# 测试
music = Music("月光曲", 300)
music.play()
print(music.get_info())

6、分析下列代码输出结果。

python 复制代码 
class Demo:
    i = 100

    def m(self):
        self.i += 1
        j = self.i
        print("i =", self.i)
        print("j =", j)


d1 = Demo()
d2 = d1
d2.m()

print(d1.i)
print(d2.i)

"" "
输出结果：
i = 101
j = 101
101
101
"" "

7、石头剪刀布游戏，0表示石头，1表示剪刀，2表示布。

python 复制代码 
import random


class Tom:
    def __init__(self):
        self.wins = 0
        self.losses = 0
        self.choices = ['石头', '剪刀', '布']

    def play(self):
        user_choice = int(input("请输入你的选择（0 = 石头，1 = 剪刀，2 = 布）："))
        if user_choice not in [0, 1, 2]:
            print("输入错误，请输入 0、1 或 2。")
            return

        computer_choice = random.randint(0, 2)
        print(f "Tom 的选择是：{self.choices [user_choice]}，电脑的选择是：{self.choices [computer_choice]}")

        if user_choice == computer_choice:
            print("平局！")
        elif (user_choice == 0 and computer_choice == 1) or \
                (user_choice == 1 and computer_choice == 2) or \
                (user_choice == 2 and computer_choice == 0):
            print("Tom 赢了！")
            self.wins += 1
        else:
            print("Tom 输了！")
            self.losses += 1

    def show_scores(self):
        print(f "Tom 的赢的次数：{self.wins}，输的次数：{self.losses}")


# 使用示例
tom = Tom()
tom.play()
tom.play()
tom.show_scores()

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