python--实验10 封装，继承，多态

目录

知识点 

封装 (PART 1)

继承 (PART 2)

多态 (PART 3)

动态性 (PART 4)

小结

知识拓展

实验

知识点 

封装 (PART 1)

• 定义: 封装是将数据（属性）和行为（方法）组合在一起的过程，通常封装在类中。
• 目的: 保护数据不被外部直接访问和修改，提高程序的安全性和可维护性。
• 类和对象:
  • 类变量和实例变量：类变量属于类，所有实例共享；实例变量属于对象实例。
  • 实例方法和类方法：实例方法可以访问和修改实例变量，类方法属于类本身。
• 构造器: 使用__init__方法初始化实例变量。
  • _fun：protected    类本身和子类可以访问   可以通过实例名访问
  • _ _fun：private      类本身可以访问             不可以通过实例名访问
  • _ _fun_ _：系统     __init__
• 私有属性: 通过两个下划线前缀定义私有属性，只能在类内部访问。
  • 
  • print(p._Person__name)   #在外访问私有属性
• 间接访问方法:
  • 使用getter和setter方法间接访问私有属性。
    • 为了更好的保存属性安全，即不能随意修改，一般的处理方式为：                          将属性定义为私有属性（以两个下划线开头）                                                           添加方法，间接访问私有变量。
    • 说明： python 私有属性只能在类内部访问，类外面访问会出错。 python 保护属性更多的是一种语法上的标识，用来提醒直接修改改对象时候要小心
  • 使用@property装饰器简化属性访问，提供属性值的获取和设置功能。
    • 作用：在新式类中返回属性值。
    • 语法：class property([fget[, fset[, fdel[, doc]]]])
      • fget -- 获取属性值的函数
      • fset -- 设置属性值的函数
      • fdel -- 删除属性值函数
      • doc -- 属性描述信息
      • 第一个参数是方法名，调用 对象.属性 时自动触发执行方法
      • 第二个参数是方法名，调用 对象.属性 ＝ XXX 时自动触发执行方法
      • 第三个参数是方法名，调用 del 对象.属性 时自动触发执行方法
      • 第四个参数是字符串，调用 对象.属性.doc ，此参数是该属性的描述信息
    • 功能是：property属性内部进行一系列的逻辑计算，最终返回计算结果。
    • property属性的有两种方式：
      • 类属性方式，创建值为property对象的类属性
      • 在类的实例方法上应用@property装饰器
    • @property 修饰获取的方法getter, 方法名必须和属性名一样
    • @XXX.setter 修饰设置值的方法setter, 方法名必须和属性名一样
    • 
    • 
    • 
• 私有方法：
  • Python默认的成员函数和成员变量都是公开的。  
  • 在变量名或函数名前加上 “_ _"两个下划线，那么这个函数或变量就会为私有的了。
  • 私有方法，不能在类的外部调用。但可以在类内部访问私有方法。
  • 

继承 (PART 2)

• 定义: 继承允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法。
• 
• 单继承: 子类只继承一个父类。
  • class 派生类名(基类名):     类体
  • 
  • 在继承中，基类的构造方法（__init__()方法）不会被自动调用，它需要在其子类的构造方法中专门调用。
  • 如果需要在子类中调用基类的方法，可以使用内置函数super()或者通过“基类名.方法名(参数)”的方式来实现。
  • 
• 多继承: 子类可以继承多个父类，方法查找顺序为从左到右。
  • class 派生类名(基类1, 基类2,...., 基类n):    类体
  • 需要注意圆括号中父类的顺序，若父类中有相同的方法名，在子类使用时未指定，Python会从左到右进行搜索。即若某个方法在子类中没有定义，则子类从左到右查找各个父类中是否包含这个方法。（即自己没有，看看父亲有没有）
  • 
  • Python是动态语言，无法像静态语言那样根据参数的不同实现重载，所以在Python中，只要方法名相同就认为是同一个方法，先继承的父类同名方法会覆盖后继承的父类同名方法。
• 重写: 子类可以重写父类的方法，以实现不同的行为。子类会覆盖父类中同名且参数、返回类型都相同的方法。又称方法覆盖。
  • 
• super()函数: 用于在子类中调用父类的方法。
• 方法重载: Python不支持传统意义上的方法重载，但可以通过其他方式实现类似效果。在一个类下面有很多同名函数，但是这些函数的参数以及返回类型都不同。 python语法上不支持重载。
  • 重载为解决： 可变参数类型 可变参数个数
  • 这些python本身就支持，不需要重载。

重载和重写的区别：

重写(overiding method)指子类会覆盖父类中同名且参数、返回类型都相同的方法。又称方法覆盖。

重载(overloading method)指的就是在一个类下面有很多同名函数，但是这些函数的参数以及返回类型都不同。 python语法上不支持重载。

多态 (PART 3)

• 定义: 多态是指允许不同类的对象对同一消息做出响应，但具体方法的实现会根据对象的实际类型而有所不同。
• 应用场景: 多态可以在有继承关系或无继承关系的类之间实现。
• Python多态特点:
  • 方法调用时只关注名称，不关注类型。只关心对象的实例方法是否同名，不关心对象所属的类型
  • 继承关系不是必需的。对象所属的类之间，继承关系可有可无
  • 提高代码的灵活性和通用性。
  • 多态是调用方法的技巧，不会影响到类的内部设计。
• 拓展：​​​​​​​Java中多态性的表现： 多态性，可以理解为一个事物的多种形态。同样python中也支持多态，但是是有限的的支持多态性，主要是因为python中变量的使用不用声明，所以不存在父类引用指向子类对象的多态体现。在python中多态的使用不如Java中那么明显，所以python中刻意谈到多态的意义不是特别大。
• 派生：派生就是子类在继承父类的基础上衍生出新的属性，重新定义的这些属性不会影响到父类。子类中独有的，父类中没有的；或子类定义与父类重名的东西。子类也叫派生类。
  • ​​​​​​​需要注意的是，一旦重新定义了自己的属性且与父类重名，那么调用新增的属性时，就以自己为准了

动态性 (PART 4)

• Python的动态性: 可以动态地添加和修改类和对象的属性和方法。
• __slots__: 用于限制实例的属性，提高内存效率。只对类的实例起作用。并不限制通过类来动态添加属性或方法，对该类派生出来的子类也不起作用。
• type()函数: 可以用于查看类型或动态创建类。
  • type(obj) type
  • (name, bases, dict)
  • 第一种语法格式用来查看某个变量（类对象）的具体类型。                                            第二种语法格式用来创建类，其中 name 表示类的名称；bases 表示一个元组，其中存储的是该类的父类；dict 表示一个字典，用于表示类内定义的属性或者方法。
• 元类（metaclass）: 是type的子类，可以控制类的创建过程，是一个高级特性。通过替换 type的__call__运算符重载机制，“超越变形”正常的类。

小结

• 强调了Python中一切皆对象，包括类和实例。类型（类，新的版本中类和类型是一样的）对象：可以被实例化和继承 非类型（实例）对象：不可以被实例和继承
• 介绍了类和实例之间的关系，以及__class__和__bases__属性。
• 面向对象体系中的两种关系：
  • 继承关系 类和实例之间关系
  • 一个python对象可能拥有两个属性，__class__ 和 __bases__，__class__ 表示这个对象是谁创建的，__bases__ 表示一个类的父类是谁们。__class__和type()函数效果一样。
  • type为对象的顶点，所有对象都创建自type。
  • object为类继承的顶点，所有类都继承自object。

知识拓展

• 鸭子类型: 一种编程理念，即“如果它看起来像鸭子，游起来像鸭子，那么它可能就是鸭子”，关注行为而非类型。

实验

• 实验目的：

1. 了解如何使用封装保护属性
2. 了解多态的性质及作用
3. 掌握单继承的使用
4. 掌握方法重写的使用

• 实验内容：
•  (基础题)

定义一个员工类Worker,私有属性:__sal（工资），拥有的方法有：

1)获取员工的工资：get_sal()

2)修改员工的工资：set_sal()

5)显示员工信息（工号，姓名，工种，工资）:mess()

请编写程序，输出如下内容。

用3种方式：get\set方法、property类属性和装饰器，实现访问私有属性:__sal。

程序代码：

class Worker:
    def __init__(self, worker_id, name, job, sal):
        self.worker_id = worker_id
        self.name = name
        self.job = job
        self.__sal = sal  # 私有属性

    def get_sal(self):
        return self.__sal

    def set_sal(self, sal):
        self.__sal = sal

    def mess(self):
        print(f"工号：{self.worker_id}, 姓名：{self.name}, 工种：{self.job}, 工资：{self.__sal}")

# 使用get和set方法访问私有属性
worker1 = Worker("001", "张三", "工程师", 5000)
print(worker1.get_sal())  # 获取工资
worker1.set_sal(6000)    # 修改工资
worker1.mess()           # 显示员工信息

# 使用property类属性和装饰器访问私有属性
class Worker:
    def __init__(self, worker_id, name, job, sal):
        self.worker_id = worker_id
        self.name = name
        self.job = job
        self.__sal = sal

    @property
    def sal(self):
        return self.__sal

    @sal.setter
    def sal(self, value):
        self.__sal = value

    def mess(self):
        print(f"工号：{self.worker_id}, 姓名：{self.name}, 工种：{self.job}, 工资：{self.sal}")

worker2 = Worker("002", "李四", "设计师", 5000)
print(worker2.sal)  # 使用@property装饰器获取工资
worker2.sal = 6000  # 使用@property装饰器设置工资
worker2.mess()     # 显示员工信息

• (基础题)

定义交通工具、汽车、火车、飞机这些类，注意它们的继承关系，为这些类提供构造器。

程序代码：

class Vehicle:
    def __init__(self, brand, num_wheels):
        self.brand = brand
        self.num_wheels = num_wheels

class Car(Vehicle):
    def __init__(self, brand, num_wheels, model):
        super().__init__(brand, num_wheels)
        self.model = model

class Train(Vehicle):
    def __init__(self, brand, num_wheels, num_carriages):
        super().__init__(brand, num_wheels)
        self.num_carriages = num_carriages

class Airplane(Vehicle):
    def __init__(self, brand, num_wheels, max_passengers):
        super().__init__(brand, num_wheels)
        self.max_passengers = max_passengers

# 示例
car = Car("Toyota", 4, "Corolla")
train = Train("China Railway", num_wheels=8, num_carriages=10)
airplane = Airplane("Boeing", 2, max_passengers=200)

• (基础题)

1. 创建Person类，属性有姓名、年龄、性别，建立方法personInfo,打印这个人的信息。
2. 创建Teacher类，继承Person类，属性有学院college，专业professional，重写父类personInfo方法，调用父类方法打印个人信息外，将老师的学院、专业信息也打印出来。建立teachObj方法，返回该教师所授的专业。
3. 创建Student类，继承Person类，属性有学院college，班级class，重写父类personInfo方法，调用父类方法打印个人信息外，将学生的学院、班级信息也打印出来，创建方法study（参数为Teacher对象，调用Teacher类的teachObj方法，接收老师教授的知识点，然后打印‘X老师，***,我终于学会了！’，其中，X为老师的姓氏（假设是单姓），***为老师的teachObj方法返回的信息。
4. 创建三个学生对象，分别打印其详细信息
5. 创建一个老师对象，打印其详细信息
6. 学生对象调用study方法
7. 将三个学员添加至列表stu中，通过循环将列表中的对象打印出来，(stu[i].personInfo())。

程序代码：

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

    def personInfo(self):
        print(f"姓名：{self.name}, 年龄：{self.age}, 性别：{self.gender}")

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, age, gender, college, professional):
        super().__init__(name, age, gender)
        self.college = college
        self.professional = professional

    def personInfo(self):
        super().personInfo()
        print(f"学院：{self.college}, 专业：{self.professional}")

    def teachObj(self):
        return self.professional

# 示例
teacher = Teacher("王老师", 40, "男", "计算机学院", "人工智能")
teacher.personInfo()
print(teacher.teachObj())

抬走！下一位！！！