9.Python面向对象 -类和对象-开发者社区

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）类，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：

类：Animal、Cat、Dog 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，

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。

2.4 属性和方法

2.4.1 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，make, model, 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。

2.4.2 实例方法和类方法

实例方法：操作实例的方法，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