学Python的漫画漫步进阶 -- 第九步

news2024/12/23 18:06:44

学Python的漫画漫步进阶 -- 第九步

  • 九、类与对象
    • 9.1 面向对象
    • 9.2 定义类
    • 9.3 创建对象
    • 9.4 类的成员
      • 9.4.1 实例变量
      • 9.4.2 构造方法
      • 9.4.3 实例方法
      • 9.4.4 类变量
      • 9.4.5 类方法
    • 9.5 封装性
      • 9.5.1 私有变量
      • 9.5.2 私有方法
      • 9.5.3 使用属性
    • 9.6 继承性
      • 9.6.1 Python中的继承
      • 9.6.2 多继承
      • 9.6.3 方法重写
    • 9.7 多态性
      • 9.7.1 继承与多态
      • 9.7.2 鸭子类型测试与多态
    • 9.8 练一练
    • 9.9 类与对象的总结

九、类与对象

在Python中，类是创建对象的蓝图或模板，而对象是类的实例。

以下是类和对象的定义方式：

  1. 类的定义：

使用class关键字来定义一个类，类名通常以大写字母开头。类的定义可以包含属性（变量）和方法（函数）。

class MyClass:
    # 属性
    my_variable = 10
    
    # 方法
    def my_function(self):
        print("Hello World!")
  1. 对象的定义：

使用类名和括号来创建一个对象，可以使用属性和方法来访问和修改对象的状态。

# 创建一个对象
my_object = MyClass()

# 访问对象的属性
print(my_object.my_variable)

# 调用对象的方法
my_object.my_function()

在类定义中，属性和方法都需要使用缩进来表示它们属于类的定义。在方法中，第一个参数通常是self，表示对象本身。可以使用self来访问对象的属性和方法。

本章详细介绍类和对象，前面多次提到类，它到底是什么意思呢？
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9.1 面向对象

类和对象都是面向对象中的重要概念。面向对象是一种编程思想，即按照真实世界的思维方式构建软件系统。
例如，在真实世界的校园里有学生和老师，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），还有学习、提问、吃饭和走路等动作（方法）。如果我们要开发一个校园管理系统，那么在构建软件系统时，也会有学生和老师等“类”，张同学、李同学是学生类的个体，被称为“对象”，

“对象”也被称为“实例”。

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9.2 定义类

Python中的数据类型都是类，我们可以自定义类，即创建一种新的数据类型。Python中类的定义语法格式如右图所示。
定义小汽车（Car）类的代码如下：

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小汽车（Car）类继承了object类，object类是所有类的根类，在Python中任何一个类（除object外）都直接或间接地继承了object，直接继承object时（object）部分的代码可以省略。

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9.3 创建对象

类相当于一个模板，依据这样的模板来创建对象，就是类的实例化，所以对象也被称为“实例”。
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9.4 类的成员

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成员变量也被称为数据成员，保存了类或对象的数据。例如，学生的姓名和学号。
构造方法是一种特殊的函数，用于初始化类的成员变量。
成员方法是在类中定义的函数。
属性是对类进行封装而提供的特殊方法。

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9.4.1 实例变量

实例变量就是对象个体特有的“数据”，例如狗狗的名称和年龄等。

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通过Python指令运行文件，输出结果：

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9.4.2 构造方法

类中的__init__（）方法是一个非常特殊的方法，用来创建和初始化实例变量，这种方法就是“构造方法”。在定义__init__（）方法时，它的第1个参数应该是self，之后的参数用来初始化实例变量。调用构造方法时不需要传入self参数。
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构造方法的示例代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果：

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9.4.3 实例方法

实例方法与实例变量一样，都是某个实例（或对象）个体特有的方法。
定义实例方法时，它的第1个参数也应该是self，这会将当前实例与该方法绑定起来，这也说明该方法属于实例。在调用方法时不需要传入self，类似于构造方法。
下面看一个定义实例方法的示例：

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通过Python指令运行文件，输出结果：

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9.4.4 类变量

类变量是属于类的变量，不属于单个对象。
例如，有一个Account（银行账户）类，它有三个成员变量：amount（账户金额）、interest_rate （利率）和owner（账户名）。amount和owner对于每一个账户都是不同的，而interest_rate对于所有账户都是相同的。amount和owners是实例变量，interest_rate是所有账户实例共享的变量，它属于类，被称为“类变量”。
类变量的示例代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果

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9.4.5 类方法

类方法与类变量类似，属于类，不属于个体实例。在定义类方法时，它的第1个参数不是self，而是类本身。定义类方法的示例代码如下：
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通过Python指令运行文件，输出结果：

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9.5 封装性

封装性是面向对象重要的基本特性之一。封装隐藏了对象的内部细节，只保留有限的对外接口，外部调用者不用关心对象的内部细节，使得操作对象变得简单。
例如，一台计算机内部极其复杂，有主板、CPU、硬盘和内存等，而一般人不需要了解它的内部细节。计算机制造商用机箱把计算机封装起来，对外提供了一些接口，如鼠标、键盘和显示器等，使用计算机就变得非常简单。
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9.5.1 私有变量

为了防止外部调用者随意存取类的内部数据（成员变量），内部数据（成员变量）会被封装为“私有变量”。外部调用者只能通过方法调用私有变量。在默认情况下，Python中的变量是公有的，可以在类的外部访问它们。如果想让它们成为私有变量，则在变量前加上双下画线（__）即可。
示例代码如下：

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由于在类的外部不可以访问私有变量，因此上述代码在运行时会发生错误，通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.5.2 私有方法

私有方法与私有变量的封装是类似的，在方法前加上双下画线（__）就是私有方法了。示例代码如下：
在这里插入图片描述

由于在类的外部不可以访问私有方法，因此上述代码在运行时会发生错误，通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.5.3 使用属性

为了实现对象的封装，在一个类中不应该有公有的成员变量，这些成员变量应该被设计为私有的，然后通过公有的set （赋值）和get（取值）方法访问。
使用set和get方法进行封装，示例代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果:

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使用属性方式修改上面的示例，代码如下：

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9.6 继承性

继承性也是面向对象重要的基本特性之一。
在现实世界中继承关系无处不在。例如猫与动物之间的关系：猫是一种特殊动物，具有动物的全部特征和行为，即数据和操作。在面向对象中动物是一般类，被称为“父类”；猫是特殊类，被称为“子类”。特殊类拥有一般类的全部数据和操作，可称之为子类继承父类。

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9.6.1 Python中的继承

在Python中声明子类继承父类，语法很简单，定义类时在类的后面使用一对小括号指定它的父类就可以了。
下面是动物类继承图。

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示例代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果

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9.6.2 多继承

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在Python中，当子类继承多个父类时，如果在多个父类中有相同的成员方法或成员变量，则子类优先继承左边父类中的成员方法或成员变量，从左到右继承级别从高到低。
示例代码如下：
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通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.6.3 方法重写

如果子类的方法名与父类的方法名相同，则在这种情况下，子类的方法会重写（Override）父类的同名方法。
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示例代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.7 多态性

多态性也是面向对象重要的基本特性之一。“多态”指对象可以表现出多种形态。
例如，猫、狗、鸭子都属于动物，它们有“叫”和“动”等行为，但是叫的方式不同，动的方式也不同。

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9.7.1 继承与多态

在多个子类继承父类，并重写父类方法后，这些子类所创建的对象之间就是多态的。这些对象采用不同的方式实现父类方法。
示例代码如下：
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通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.7.2 鸭子类型测试与多态

Python的多态性更加灵活，支持鸭子类型测试。鸭子类型测试指：
若看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟可以被称为鸭子。

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由于支持鸭子类型测试，所以Python解释器不检查发生多态的对象是否继承了同一个父类，只要它们有相同的行为（方法），它们之间就是多态的。
例如，我们设计一个函数start（），它接收具有“叫”speak（）方法的对象，代码如下：

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我们定义了几个类，它们都有speak（）方法。代码如下：

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start（）函数可以接收所有speak（）方法对象，代码如下：

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通过Python指令运行文件，输出结果:

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9.8 练一练

1 在下列选项中，哪些是类的成员。（）
A.成员变量
B.成员方法
C.属性
D.实例变量

2 判断对错：（请在括号内打√或×，√表示正确，×表示错误）。
1）在Python中，类具有面向对象的基本特性，即封装性、继承性和多态性。（）
2）init（）方法用来创建和初始化实例变量，这种方法就是“构造方法”。（）
3）类方法不需要与实例绑定，需要与类绑定，在定义时它的第1个参数不是self。（）
4）实例方法是在类中定义的，它的第1个参数也应该是self，这个过程是将当前实例与该方法绑定起来。（）
5）公有成员变量就是在变量前加上两个下画线（__）。（）
6）属性是为了替代get（）方法和set（）方法。（）
7）子类继承父类时继承父类中的所有成员变量和方法。（）
8）Python中的继承是单继承。（）

3 请介绍什么是“鸭子类型”？

9.9 类与对象的总结

在Python编程中，类（Class）和对象（Object）是非常基础且重要的概念。以下是对这两个概念的总结：

  1. 类（Class）：
    类是创建对象的模板。你可以把类看作一个蓝图，它描述了如何创建对象。类定义了一组属性（可以是数据或函数），这些属性会在创建类的实例（即对象）时被初始化。

在Python中，你可以使用class关键字来定义一个类。例如：

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，Dog是一个类，它有两个属性：name和age，以及一个方法：bark。

  1. 对象（Object）：
    对象是类的实例。你可以创建一个类的一个或多个实例，每个实例都有自己的属性和方法。当你创建一个对象时，Python会为这个对象分配内存空间，并在这个空间中存储这个对象的属性和方法。

在Python中，你可以使用类名和括号来创建一个对象。例如：

dog1 = Dog("Bobby", 3)
dog2 = Dog("Rex", 5)

在这个例子中，dog1和dog2都是Dog类的对象。它们都有自己的name和age属性，以及bark方法。

总的来说，类是定义如何创建对象的模板，而对象是类的实例，它们有类定义的属性和方法。

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