介绍 Python 中 class 类的使用

在面向对象编程（OOP）中，class 是一种定义对象的蓝图。它不仅能够封装数据（称为属性），还能够封装功能（称为方法）。今天，我们通过一个简单的例子来学习如何使用 Python 的 class 来创建一个类，并通过实例化对象来操作类的属性和方法。

1. 什么是类？

类是对象的模板或蓝图。一个类定义了对象的属性和行为。类本身并不占用内存，只有在实例化（创建对象）时，内存才会为这个对象分配。类中包含的属性和方法会作用于该类的所有对象。

2. 示例代码分析

接下来，我们分析一个简单的战车类 Tank。该类用于模拟一支军队中的战车。

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class Tank:
    # 类变量：军队共享的科技等级
    TECH_LEVEL = 1
    _total_energy = 0  # 用于记录军队的总能源

    def __init__(self, name, energy):
        """初始化方法，创建战车时设置名称和能量"""
        self.name = name                # 实例变量：战车的名称
        self.energy = energy            # 实例变量：战车的能量
        Tank._total_energy += energy    # 每次创建战车时，增加军队总能源

    @property
    def damage(self):
        """根据科技等级和能量计算伤害"""
        return self.energy * 0.1 * Tank.TECH_LEVEL

    def fire(self):
        """战车发射炮弹"""
        print(f"{self.name} 发射 {self.damage} 点伤害的炮弹！")

    @classmethod
    def upgrade_tech(cls):
        """类方法修改类状态：升级科技"""
        cls.TECH_LEVEL += 1
        print(f"科技升级至 {cls.TECH_LEVEL} 级！")

    @classmethod
    def get_total_energy(cls):
        """类方法访问类变量，获取军队总能源"""
        return f"军队总能源：{cls._total_energy} 单位"

3. 类的组成部分

3.1 类变量

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TECH_LEVEL = 1
_total_energy = 0

TECH_LEVEL 是一个类变量。类变量是由类本身共享的，对于类的所有实例来说，类变量的值是相同的。这个变量用于表示军队的科技等级。
_total_energy 是另一个类变量，用来记录所有战车的总能源。

3.2 实例变量

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self.name = name
self.energy = energy

self.name 和 self.energy 是实例变量，它们是每个对象独有的。每个战车对象的 name（名称）和 energy（能量）都会有所不同。

3.3 初始化方法

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def __init__(self, name, energy):
    self.name = name
    self.energy = energy
    Tank._total_energy += energy

__init__ 是初始化方法，类似于构造函数。每次创建一个 Tank 对象时，__init__ 方法都会自动被调用。它用于设置战车的名称和能量，并将能量加入到 total_energy 中。

3.4 属性方法

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@property
def damage(self):
    return self.energy * 0.1 * Tank.TECH_LEVEL

@property 修饰符使得 damage 成为一个只读属性。你可以像访问普通属性一样访问 damage，但实际上它是通过方法计算得出的。在这个例子中，damage 的值是战车能量与科技等级的乘积。@property添加与不添加的对比：

方式	存储空间	实时计算	防止误修改	逻辑封装性
普通属性 `self.damage`	固定值	❌	❌	❌
`@property`	动态值	✔️	✔️	✔️

3.5 实例方法

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def fire(self):
    print(f"{self.name} 发射 {self.damage} 点伤害的炮弹！")

fire 方法是一个实例方法，它输出战车发射的伤害信息。注意，它使用了 self.damage 来获取伤害值，这会触发 damage 属性方法的计算。

3.6 类方法

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@classmethod
def upgrade_tech(cls):
    cls.TECH_LEVEL += 1
    print(f"科技升级至 {cls.TECH_LEVEL} 级！")

@classmethod 修饰符使得 upgrade_tech 成为类方法。类方法的第一个参数是 cls，它代表类本身，而不是类的实例。通过类方法，你可以访问和修改类变量。例如，upgrade_tech 方法会增加 TECH_LEVEL。

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@classmethod
def get_total_energy(cls):
    return f"军队总能源：{cls._total_energy} 单位"

另一个类方法 get_total_energy 用来获取军队的总能源。它也通过 cls 访问了类变量 _total_energy。

4. 使用类

接下来，我们来看看如何使用这个 Tank 类。

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# 创建战车实例
tank1 = Tank("重型坦克", 100)
tank1.fire()  # 输出：重型坦克 发射 10.0 点伤害的炮弹！

# 升级科技并发射炮弹
Tank.upgrade_tech()  # 输出：科技升级至 2 级！
tank1.fire()  # 输出：重型坦克 发射 20.0 点伤害的炮弹！

# 创建其他战车
tank2 = Tank("快速战车", 150)
tank2.fire()  # 输出：快速战车 发射 15.0 点伤害的炮弹！

# 获取军队总能源
print(Tank.get_total_energy())  # 输出：军队总能源：350 单位

我们首先创建了一个 tank1 实例，并为其设定名称和能量，之后调用 fire() 方法，输出战车发射的伤害。
接着，调用类方法 upgrade_tech() 升级科技，然后重新调用 fire()，可以看到伤害增加了。
然后，我们创建了另一个战车 tank2，并发射炮弹。
最后，我们调用类方法 get_total_energy() 来查看军队的总能源。