Python 面向对象入门，从类和对象到一个图书管理案例

面向对象是 Python 入门里最容易被讲玄的地方。

类、对象、封装、继承、多态、鸭子类型，概念一个接一个，看起来很高级，但很多初学者读完还是不知道什么时候该用。

其实可以先把问题想简单。

当你的程序里出现了稳定的"东西"，比如用户、图书、订单、电影、角色，而且这个东西既有数据，又有行为，就可以考虑用类。

为什么需要类

先用字典表示一本书：

book = {
    "title": "Python 入门",
    "author": "课程组",
    "is_borrowed": False
}

这没问题。

但如果我们还要处理借书、还书、判断是否可借，逻辑就会散在外面。

if book["is_borrowed"]:
    print("这本书已经被借走了")
else:
    book["is_borrowed"] = True
    print("借阅成功")

如果到处都这样写，状态很容易乱。

用类可以把数据和操作数据的方法放在一起。

class Book:
    def __init__(self, title: str, author: str):
        self.title = title
        self.author = author
        self.is_borrowed = False

    def borrow(self) -> bool:
        if self.is_borrowed:
            return False

        self.is_borrowed = True
        return True

类定义结构。

对象保存具体数据。

类和对象

book_a = Book("Python 入门", "课程组")
book_b = Book("数据分析基础", "课程组")

print(book_a.title)
print(book_b.title)

Book 是类。

book_a 和 book_b 是对象。

它们来自同一个类，但各自保存自己的属性。

关系可以画成这样：
#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 p{margin:0;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 g.classGroup text{fill:#9370DB;stroke:none;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .nodeLabel,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .labelBkg{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node rect,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node circle,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node ellipse,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node polygon,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .divider{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .dotted-line{stroke-dasharray:1 2;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #compositionStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #compositionEnd,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #dependencyStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #dependencyStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #extensionStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .extension{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #extensionEnd,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .extension{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #aggregationStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .aggregation{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #aggregationEnd,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .aggregation{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #lollipopStart,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .lollipop{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 #lollipopEnd,#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .lollipop{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .edgeTerminals{font-size:11px;line-height:initial;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .classTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-wlKhwACBWr64hEw0 :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} Book
+title
+author
+is_borrowed
+borrow()
+return_book()
book_a
book_b

Mermaid 里这样画只是为了帮助理解，真实代码里对象不是用继承箭头创建的。

重点是，类是一套模板，对象是具体实例。

__init__ 和 self

__init__ 是初始化方法。

创建对象时自动执行。

class Student:
    def __init__(self, name: str, score: float):
        self.name = name
        self.score = score


student = Student("小明", 88)

print(student.name)
print(student.score)

self 表示当前对象自己。

当你写：

self.name = name

意思是，把传进来的 name 保存到当前对象的 name 属性上。

每个对象都有自己的 self。

实例属性和类属性

实例属性属于某个具体对象：

class Student:
    def __init__(self, name: str):
        self.name = name

类属性属于类本身，多个对象共享：

class Student:
    school = "Python 学院"

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

使用：

student_a = Student("小明")
student_b = Student("小红")

print(student_a.school)
print(student_b.school)

类属性适合保存所有对象共享的信息。

但不要把可变列表随便写成类属性：

class Team:
    members = []

这会让多个对象共享同一个列表，容易出问题。

更安全：

class Team:
    def __init__(self):
        self.members = []

封装，不是把代码藏起来

封装的核心是边界清楚。

外部调用对象的方法，不直接乱改内部状态。

class Book:
    def __init__(self, title: str, author: str):
        self.title = title
        self.author = author
        self.is_borrowed = False

    def borrow(self) -> str:
        if self.is_borrowed:
            return "这本书已经被借走了"

        self.is_borrowed = True
        return "借阅成功"

    def return_book(self) -> str:
        if not self.is_borrowed:
            return "这本书还没有被借走"

        self.is_borrowed = False
        return "还书成功"

调用：

book = Book("Python 入门", "课程组")

print(book.borrow())
print(book.return_book())

外部不需要知道 is_borrowed 怎么变化。

它只需要调用 borrow() 和 return_book()。

Python 没有强制私有属性，但约定 _name 这种前导下划线表示内部使用。

class Account:
    def __init__(self):
        self._balance = 0

这不是绝对禁止访问，而是在提醒别人，这个属性不应该随便从外部改。

继承，表达"是一种"的关系

class User:
    def __init__(self, name: str):
        self.name = name

    def login(self) -> str:
        return f"{self.name} 登录成功"


class Admin(User):
    def add_book(self, title: str) -> str:
        return f"管理员 {self.name} 添加了图书：{title}"

使用：

admin = Admin("小王")

print(admin.login())
print(admin.add_book("Python 入门"))

Admin 继承了 User，所以可以使用 login()。

继承适合表达"管理员是一种用户"。

不要为了复用两行代码就继承。继承表达的是概念关系，不只是代码复用。

方法重写

子类可以重写父类方法。

class User:
    def role(self) -> str:
        return "普通用户"


class Admin(User):
    def role(self) -> str:
        return "管理员"


print(User().role())
print(Admin().role())

同样的方法名，不同类给出不同实现。

这为多态打基础。

多态和鸭子类型

多态就是不同对象可以用同一种方式调用。

class EmailSender:
    def send(self, message: str) -> None:
        print(f"发送邮件：{message}")


class SmsSender:
    def send(self, message: str) -> None:
        print(f"发送短信：{message}")


def notify(sender, message: str) -> None:
    sender.send(message)


notify(EmailSender(), "借书成功")
notify(SmsSender(), "借书成功")

notify() 不关心 sender 是邮件发送器还是短信发送器。

它只关心对象有没有 send() 方法。

这就是 Python 常说的鸭子类型。

组合优于继承

继承不是唯一方式。

很多时候，组合更清楚。

图书馆拥有很多书，这不是继承关系。

图书馆不是一种书。

所以应该组合：

class Library:
    def __init__(self):
        self.books: list[Book] = []

    def add_book(self, book: Book) -> None:
        self.books.append(book)

判断标准：

如果是"是一种"，考虑继承。

如果是"拥有一个"，考虑组合。

完整案例，图书管理系统

class Book:
    def __init__(self, title: str, author: str):
        self.title = title
        self.author = author
        self.is_borrowed = False

    def borrow(self) -> bool:
        if self.is_borrowed:
            return False

        self.is_borrowed = True
        return True

    def return_book(self) -> bool:
        if not self.is_borrowed:
            return False

        self.is_borrowed = False
        return True


class Library:
    def __init__(self):
        self.books: list[Book] = []

    def add_book(self, book: Book) -> None:
        self.books.append(book)

    def find_book(self, title: str) -> Book | None:
        for book in self.books:
            if book.title == title:
                return book
        return None

    def list_books(self) -> None:
        for book in self.books:
            status = "已借出" if book.is_borrowed else "可借"
            print(f"{book.title}，{book.author}，{status}")


library = Library()
library.add_book(Book("Python 入门", "课程组"))
library.add_book(Book("数据分析基础", "课程组"))

book = library.find_book("Python 入门")

if book and book.borrow():
    print("借阅成功")
else:
    print("借阅失败")

library.list_books()

对象关系：
#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD p{margin:0;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD g.classGroup text{fill:#9370DB;stroke:none;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .nodeLabel,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .labelBkg{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node rect,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node circle,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node ellipse,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node polygon,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .divider{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .dotted-line{stroke-dasharray:1 2;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #compositionStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #compositionEnd,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #dependencyStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #dependencyStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #extensionStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .extension{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #extensionEnd,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .extension{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #aggregationStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .aggregation{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #aggregationEnd,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .aggregation{fill:transparent!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #lollipopStart,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .lollipop{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD #lollipopEnd,#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .lollipop{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .edgeTerminals{font-size:11px;line-height:initial;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .classTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-27Q2akzf5d0gG5HD :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} manages
1
*
Library
+books
+add_book(book)
+find_book(title)
+list_books()
Book
+title
+author
+is_borrowed
+borrow()
+return_book()

Library 管理一批 Book。

Book 自己负责借阅状态。

状态归属清楚，代码才不乱。

常见错误

忘记 self

class Student:
    def introduce():
        print("hello")

实例方法第一个参数应该是 self。

把实例属性写成类属性

如果每个对象都应该有自己的列表，放进 __init__。

过度继承

继承层级太深，代码会难以理解。

入门阶段优先使用简单类和组合。

类没有状态

如果一个类只是函数集合，没有保存任何状态，可能模块函数就够了。

练习

扩展图书管理系统：

1. 增加 Member 类，表示会员。
2. 会员可以借多本书。
3. 借书成功后，把书加入会员的借阅列表。

提示结构：

class Member:
    def __init__(self, name: str):
        self.name = name
        self.borrowed_books: list[Book] = []

    def borrow_book(self, book: Book) -> None:
        if book.borrow():
            self.borrowed_books.append(book)

参考资料

• Python 官方类教程：https://docs.python.org/3/tutorial/classes.html