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Python面向对象编程:入门篇(类和对象)

时间:2024-03-16 20:01:56浏览次数:32  
标签:Python self 入门篇 对象 面向对象编程 方法 make 属性

目录

1. 什么是面向对象编程(OOP)?

2. 类和对象

2.1 类的定义和创建

2.2 对象的创建和使用

2.3 类和对象的关系

3. 属性和方法

3.1 实例属性和类属性

3.2 实例方法和类方法

3.3 静态方法

结语


Python语言设计之初,就是为了面向对象。所以Python的面向对象更加易于理解。如果你以前学过Java、C++你大概就懂得什么是面向对象,但如果你是第一门编程语言就选择Python,那么也不要害怕。这篇文章,我们尽量讲简单些,把Python面向对象编程的入门知识讲清楚。后续我们继续较为难一些的讲解,逐步加深大家的理解。

接下来我们先来简单的了解下面向对象的一些基本特征。

1. 什么是面向对象编程(OOP)?

面向对象编程(Object-Oriented Programming,OOP)是一种程序设计范式,它以对象为中心,将数据和操作数据的方法(函数)组合到一个单元中,这个单元就是对象。每个对象都是类的一个实例,而类则定义了对象的属性(数据)和方法(代码)。换句话说,面向对象编程将现实世界中的实体抽象为程序中的对象,这些对象可以相互交互、传递消息,并且可以继承和扩展。

面向对象编程通常具有以下几个核心概念:

  • 类(Class):定义了对象的模板,包括数据和方法。
  • 对象(Object):类的实例,具有特定的属性和方法。
  • 封装(Encapsulation):将数据(属性)和操作数据的方法(函数)封装到对象中,使得对象的内部细节对外部不可见。
  • 继承(Inheritance):允许一个类(子类)继承另一个类(父类)的属性和方法,并且可以添加自己的特定属性和方法。
  • 多态(Polymorphism):允许不同类的对象对同一个方法做出不同的响应,提高代码的灵活性和可重用性。
很好,上面的概念,你已经云里雾里了。那么下面我们简单来讲一下。

一个简单的例子:

假设我们要模拟一个动物园中的动物。我们可以使用定义一个 Animal(动物),并创建具体的动物对象。这就是面向对象编程的两个概念了,类、对象。

# 定义 Animal(动物)类
class Animal:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def make_sound(self):
        pass

# 定义具体的动物类:猫(Cat)和狗(Dog)
class Cat(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Meow"

class Dog(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Woof"

# 创建动物对象
cat1 = Cat("Kitty", 3)
dog1 = Dog("Buddy", 5)

# 调用动物对象的方法
print(cat1.name, "says:", cat1.make_sound())  # 输出:Kitty says: Meow
print(dog1.name, "says:", dog1.make_sound())  # 输出:Buddy says: Woof

上面的代码,我们一步步来说:

第一步:首先定义了一个 Animal(动物)类,它有两个属性 name(名字)和 age(年龄)。在 __init__ 构造函数中,我们初始化了这两个属性。

第二步:Animal 类有一个 make_sound(发出声音)方法,但在基类中我们只定义了方法的签名,没有具体的实现。这是因为我们无法确定所有动物的叫声,具体的叫声会在子类中实现。

第三步:然后我们定义了两个具体的动物类 Cat(猫)和 Dog(狗),它们都继承自 Animal 类。这意味着 Cat 和 Dog 类会继承 Animal 类的属性和方法,并且可以根据需要添加自己的属性和方法。

第四步:在 Cat 类和 Dog 类中,我们重写了 make_sound 方法,分别返回了猫和狗的叫声

第五步:最后,我们创建了两个具体的动物对象 cat1 和 dog1,分别是一只名叫 "Kitty" 的猫和一只名叫 "Buddy" 的狗。

第六步:我们调用了这两个动物对象的 make_sound 方法,并打印出它们的名字和叫声。

上面总共讲了6步,6步里面涉及到了:类(Class)、对象(Object)、封装(Encapsulation)、继承(Inheritance)、多态(Polymorphism)。这些概念,具体怎么看呢?往下看:

  • AnimalCatDog 分别是类,它们定义了对象的模板,包括属性和方法。
  • 对象cat1 和 dog1 是 Cat 和 Dog 类的对象,它们是具体的实例,具有特定的属性和方法。
  • 封装:每个动物对象封装了自己的属性 name 和 age,并且调用了自己的 make_sound 方法。
  • 继承Cat 和 Dog 类继承了 Animal 类的属性和方法,避免了重复定义。
  • 多态make_sound 方法在不同的子类中表现出不同的行为,根据对象的类型返回不同的叫声。
那么,你现在将这些概念,一个个对应到前面的六步中去,你就大概明白了。明白个大概也行!

下面接着讲.......

2. 类和对象

让我们以一个仍然用上面的例子来说明什么是类和对象。我们创建了一个"动物"(Animal)类,然后创建该类的对象,比如"狗"(Dog)和"猫"(Cat)。

2.1 类的定义和创建

我们可以定义一个"动物"(Animal)类,该类具有一些基本属性(如名称和年龄),以及一些行为(如发出声音)。

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

    def make_sound(self):
        pass  # 此处留空,因为这是一个抽象的动作,每种动物发出的声音不同,后续会在子类中实现

在这个类中,我们定义了一个构造函数 __init__(),它接收 name 和 age 作为参数,并将它们分配给对象的属性。我们还定义了一个 make_sound() 方法,但目前它什么也不做,因为每种动物发出的声音都不同,所以我们会在子类中覆盖这个方法。

2.2 对象的创建和使用

现在,让我们创建具体的动物对象,比如一个狗对象和一个猫对象,并使用它们的属性和方法。

class Dog(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Meow!"

# 创建狗对象和猫对象
my_dog = Dog("Buddy", 3)
my_cat = Cat("Whiskers", 5)

# 访问对象的属性
print(f"My dog's name is {my_dog.name} and it is {my_dog.age} years old.")
print(f"My cat's name is {my_cat.name} and it is {my_cat.age} years old.")

# 调用对象的方法
print(f"My dog says: {my_dog.make_sound()}")
print(f"My cat says: {my_cat.make_sound()}")

2.3 类和对象的关系

在这个例子中,Animal 是一个基类(父类),它定义了动物的基本属性和方法。然后,Dog 和 Cat 是 Animal 类的子类(也可以称为派生类),它们继承了 Animal 类的属性和方法,并且还可以定义自己独特的属性和方法。

当我们创建 my_dog 和 my_cat 时,实际上是在内存中实例化了两个对象,每个对象都有自己的 name 和 age 属性,并且可以调用 make_sound() 方法。

类是对对象的抽象,它定义了对象的属性和方法。
对象是类的实例,它具体化了类的定义,并可以执行类中定义的操作。

类和对象之间的关系就像是模具和制造出的产品之间的关系:模具定义了产品的形状和特性,而产品则是模具的具体实例。

3. 属性和方法

3.1 实例属性和类属性

  • 实例属性:实例属性是指属于特定实例的属性。它们在创建实例时被赋予,并且每个实例都可以有不同的值。通常在类的 __init__ 方法中初始化。
class Car:
    def __init__(self, make, model, year):
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year

在这里,makemodel, 和 year 就是 Car 类的实例属性。

  • 类属性:属于类本身的属性,被所有类的实例共享。可以直接在类定义中设置。
class Car:
    num_cars = 0  # 类属性

    def __init__(self, make, model, year):
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        Car.num_cars += 1  # 每创建一个实例,num_cars 加一

在这里,num_cars 就是 Car 类的类属性,它被所有 Car 类的实例共享。

3.2 实例方法和类方法

  • 实例方法:操作实例属性的方法,第一个参数通常是 self,代表对象本身。可以访问实例属性,并且可以改变实例的状态。
class Car:
    def __init__(self, brand):
        self.brand = brand
        self.speed = 0

    def accelerate(self, amount):
        self.speed += amount

    def brake(self, amount):
        self.speed -= amount

car1 = Car("Toyota")
print(car1.speed)  # 输出: 0
car1.accelerate(50)
print(car1.speed)  # 输出: 50
car1.brake(20)
print(car1.speed)  # 输出: 30

accelerate 、brake 就是 Car 类的实例方法,用于打印汽车信息。

  • 类方法:操作类属性的方法,使用 @classmethod 装饰器定义,第一个参数通常是 cls,代表类本身。可以访问类属性,并且可以在整个类上执行操作。
class Dog:
    num_of_dogs = 0

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        Dog.num_of_dogs += 1

    @classmethod
    def get_num_of_dogs(cls):
        return cls.num_of_dogs

dog1 = Dog("Buddy")
dog2 = Dog("Max")
print(Dog.get_num_of_dogs())  # 输出: 2

get_num_of_dogs 就是 Dog 类的类方法,用于显示狗总数。

3.3 静态方法

  • 静态方法:不操作实例属性或类属性的方法,使用 @staticmethod 装饰器定义。它们与类无关,不传递 self 或 cls 参数。可以在类中定义,但是不能访问 self 或 cls
class Math:
    @staticmethod
    def add(x, y):
        return x + y

result = Math.add(5, 10)
print(result)  # 输出: 15

add 就是 Math 类的静态方法,提供关于类的一般信息。

以上是关于Python中类(Class)、对象(Object)以及属性和方法的基本概念。希望对你的理解有帮助。

结语

在这里,我们讲了Python面向对象的入门知识:类(Class)、对象(Object)。大家可以跟着上面的代码联系操作一下,加深一下理解,下一篇文章继续讲解Python面向对象的教深一点的知识:封装(Encapsulation)、继承(Inheritance)多态(Polymorphism)。

欢迎大家和我一起继续学习、记录python的下一个知识点。

如果感觉阅读对您还有些作用,可以评论留言,关注我。谢谢您的阅读!

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