Python 3 學習筆記：面向對象編程

概述

面向對象編程（Object Oriented Programming，即 OOP），是一種程序設計思想，比面向過程編程更加靈活，更易擴展。

Python 在設計的時候就是按照面向對象編程的思想設計的，像我們前面學過的各種數據類型，如字符串、列表、字典等都是一個個對象，它們都具有各自的屬性和行為。

面向對象編程就是將客觀存在的事物，總結提煉出它們各自的屬性與行為，然后通過編程的方法形成一個模版（即類），我們就可以根據這個模版創建出一個個實際的、可使用的對象（即類的實例）。

特性

封裝

封裝是面向對象編程的核心思想，即將對象具有的，且是我們需要的屬性和行為封裝起來，編寫成一個模版（即類），而在使用的時候只需要事先根據定義好的模版創建出其實例即可，使用過程中無需知道其屬性和行為是如何實現的，只需要知道它們能夠完成哪些功能即可。

繼承

舉個例子，我們創建一個四邊形的類，它具有四條邊，四個角這兩個特性，計算周長、面積這兩個行為；當我們基于這個四邊形的類，再創建一個平行四邊形的類，則該平行四邊形也將自動具有四條邊、四個角的特性和計算周長、面積的行為。

繼承就是實現重復利用的重要手段，子類可以繼承父類的屬性和行為。

多態

子類繼承于父類，那么子類也就擁有了父類的特性和行為，但是因為子類相對于父類而言是一個全新的類，所以它也擁有自己獨特的特性和行為，這就是多態。例如，平行四邊形繼承于四邊形，同樣擁有四條邊和四個角同時，它也有自己的特性，如對邊相等，對角相等。

類和實例

面向對象編程的思想就是用代碼描述客觀世界中的物體，但是不可能將每個物體都用代碼描述一遍，這不現實，所以引入了類。類就是一系列具有相同特性和行為的物體的集合，描述物體的模版。當我們需要一個該物體的具體實例時，只需要按照這個模版就能創建一個新的物體實例，然后對其進行操作。

如何定義類

在 Python 編程中，使用關鍵字 class 定義類，

class Triangle:
pass

Triangle（三角形）是類的名字。

創建類的實例

定義好一個類，并不能供我們直接使用，而是需要創建一個它的實例之后，才可以使用其內部的屬性和行為。

就像國家發行鈔票，會制作的一個鈔票模版，然后根據這個模版印刷出一張張的紙幣，這些紙幣就是該鈔票模版的實例，市場上流通的也是這些紙幣，不會是這個鈔票模版。所以，當我們要使用這個類的時候，就需要將其實例化，創建一個它的實例，

class Triangle:
pass

if name == "main":
triangle = Triangle()

triangle 就是類 Triangle的實例，也是這個實例的名稱。

init() 方法

在 Python 中，如果在定義一個類的時候，不自定義該方法，則編譯器會自動幫我們指定一個。但是如果想在創建類的實例的時候，為它的屬性賦予一些參數，就需要自定義一個 init() 方法。

該方法用于在創建類的實例時，傳入必要的屬性。它的第一個參數必須是 self ，代表實例本身，

class Triangle:
def init(self, base, height)
self.base = base
self.height = height

if name == "main":
triangle = Triangle(4, 5)

這樣就給 Triangle 這個類定義了一個 init() 方法，在創建其實例的時候，必須傳入除 self 以外的所有參數。

屬性

屬性指類中的變量，包括類的屬性和實例屬性，它們定義的位置不同。

類的屬性

類的屬性定義在類中（實例方法之外），所有類的實例都可以訪問類的屬性。

class Triangle:
triangle_amount = 0

def __init__(self, base, height):
    self.base = base
    self.height = height

    Triangle.triangle_amount += 1

if name == "main":
triangle_1 = Triangle(4, 5)
triangle_2 = Triangle(12, 5)

print(Triangle.triangle_amount)
print(triangle_1.triangle_amount)

類的屬性可以通過類名直接訪問，也可以通過類的實例訪問。

類的屬性不僅僅只能在定義類的時候定義，也可以在類的定義之外動態添加，

class Triangle:
triangle_amount = 0

def __init__(self, base, height):
    self.base = base
    self.height = height

    Triangle.triangle_amount += 1

if name == "main":
triangle_1 = Triangle(4, 5)
triangle_2 = Triangle(12, 5)

Triangle.triangle_number = "001"

print(triangle_1.triangle_number)
print(triangle_2.triangle_number)

實例屬性

實例屬性是指在類的方法中定義的屬性（變量），只能被類的實例使用。而且，改變一個實例的屬性并不會影響其他實例，

class Triangle:
def init(self, base, height):
self.base = base
self.height = height

def print_base(self):
    print(self.base)

def print_height(self):
    print(self.height)

if name == "main":
triangle_1 = Triangle(12, 5)
triangle_2 = Triangle(19, 7)

triangle_1.print_base()
triangle_1.print_height()

triangle_1.base = 20
triangle_1.height = 10

triangle_1.print_base()
triangle_1.print_height()

triangle_2.print_base()
triangle_2.print_height()

在 init() 方法中，base 和 height 就是實例屬性，當創建 triangle_1 和 triangle_2 兩個三角形的時候分別給它們的 base 和 height 屬性賦了值。當改變 triangle_1 的屬性后，并沒有影響 triangle_2 的屬性值。

方法

每個對象都有其獨有的行為，在面向對象編程中把這些行為稱為方法，也就是面向過程編程中的函數，但是有些微差別。

方法需要在定義類的時候一起定義，這樣類的實例就可以使用這些方法。定義方法和定義函數相似，不過方法必須包含一個 self 參數，且必須放在第一位，

class Triangle:
def init(self, base, height):
self.base = base
self.height = height

def compute_area(self)
    area = self.base * self.height / 2

函數用于實現某個獨立的功能，而實例方法是實現類（類的實例）的一個特性行為，只有類的實例可以使用它。

訪問限制

可以在類的外部訪問創建類的時候定義的屬性和方法，如果我們不想某些屬性或方法在類的外部被直接訪問（使用），可以給它們加上限制。不受限制的代碼如下：

class Triangle:
description = "我是這個類最原始的描述"

def __init__(self):
    pass

def print_base_height(self):
    print("我是這個三角形的底和高")

if name == "main":
print(Triangle.description)

triangle = Triangle()
triangle.print_base_height()

受保護的

以單下劃線開頭的屬性和方法是受保護的（protected）

class Triangle:
_description = "我是這個類最原始的描述"
_number = 0

def __init__(self):
    self._base = "我是底"
    print(self._base)

    pass

def _print_base_height(self):
    print("我是這個三角形的底和高")

if name == "main":
print(Triangle._description)

triangle = Triangle()
triangle._print_base_height()

print(triangle._base)

print(str(Triangle._number))
Triangle._number += 99
print(str(Triangle._number))

私有的

以雙下劃線開頭的屬性和方法是私有的（private），

class Triangle:
description = "我是這個類最原始的描述"
number = 0

def __init__(self):
    self.__base = "我是底"
    print(self.__base)

    pass

def __print_base_height(self):
    print("我是這個三角形的底和高")

def modify_description(self):
    print(Triangle.__description)

    Triangle.__description = "我是在類定義之內修改的描述"
    print(Triangle.__description)

if name == "main":
triangle = Triangle()
triangle.modify_description()

print(triangle._Triangle__description)
triangle._Triangle__print_base_height()

print(str(triangle._Triangle__number))
triangle._Triangle__number += 99
print(str(triangle._Triangle__number))

通過上面的代碼可以看出，通過 類的實例名._類名__xxx 的方式依然可以訪問私有的屬性和方法。

所以，在 Python 編程中，訪問限制并不能真正的限制你，總是可以通過別的某種方法突破限制，全憑自覺吧。

@property

通過 @property（裝飾器）可以將一個方法轉換為一個用于計算的特殊屬性，可以通過方法名（無需在方法名后面加上小括號）直接訪問該方法，

class Triangle:
def init(self, base, height):
self.base = base
self.height = height

@property
def compute_area(self):
    return self.base * self.height / 2

if name == "main":
triangle = Triangle(12, 5)
print(triangle.compute_area)

繼承

繼承是面向對象編程的一個重要特性，被繼承的類稱為父類（或基類），繼承父類的類稱為子類（或派生類），子類具有父類除了私有屬性和方法以外的所有屬性和方法。繼承使得子類不再需要重新定義父類中已有的屬性和方法，只要拿過來直接用就可以了。

class Triangle:
def init(self, base, height):
self.base = base
self.height = height

@property
def compute_area(self):
    return self.base * self.height / 2

class IsoscelesTriangle(Triangle):
pass

if name == "main":
isosceless_triangle = IsoscelesTriangle(12, 5)
print(isosceless_triangle.compute_area)

多態

如果是僅僅只能繼承父類的一切，那和父類還有什么兩樣？所以，子類除了可以繼承父類，還可以根據自己的特點增加自己的特性，修改從父類集成的特性，也就是面向對象編程的多態。

class Rectangle:
def init(self, length, width):
self.length = length
self.width = width

@property
def area(self):
    return self.length * self.width

@property
def perimeter(self):
    return (self.length + self.width) * 2

class Square(Rectangle):
def init(self, length, width=0):
self.length = length
self.width = width

@property
def area(self):
    return self.length ** 2

@property
def perimeter(self):
    return self.length * 4

if name == "main":
rectangle = Rectangle(12, 5)
print(str(rectangle.area))
print(str(rectangle.perimeter))

square = Square(12)
print(str(square.area))
print(str(square.perimeter))