30天学会Python编程:8. Python面向对象编程

liftword8小时前技术文章2

8.1 OOP基础概念

8.1.1 面向对象三大特性

8.1.2 类与对象关系

核心概念：

类(Class)：对象的蓝图/模板
对象(Object)：类的具体实例
属性(Attribute)：对象的状态/数据
方法(Method)：对象的行为/功能

类比说明：

类 → 饼干模具
对象 → 用模具制作的饼干
属性 → 饼干的形状、颜色
方法 → 饼干可以被吃掉、装饰

8.2 类定义与使用

8.2.1 基本类定义

语法结构：

class ClassName:
    """类文档字符串"""
    
    class_attribute = value  # 类属性
    
    def __init__(self, params):
        """构造方法"""
        self.instance_attr = params  # 实例属性
        
    def method(self):
        """实例方法"""
        # 方法体

8.2.2 案例

class BankAccount:
    """银行账户类"""
    
    interest_rate = 0.03  # 类属性(所有账户共享)
    
    def __init__(self, owner, balance=0):
        """初始化账户"""
        self.owner = owner  # 实例属性
        self.balance = balance
    
    def deposit(self, amount):
        """存款"""
        self.balance += amount
        return self.balance
    
    def withdraw(self, amount):
        """取款"""
        if amount > self.balance:
            raise ValueError("余额不足")
        self.balance -= amount
        return self.balance

# 使用示例
account = BankAccount("Alice", 1000)
account.deposit(500)
print(f"{account.owner}的余额: {account.balance}")

8.3 继承与多态

8.3.1 继承实现

基本语法：

class ChildClass(ParentClass):
    # 子类特有属性和方法
    pass

继承示例：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}说: 汪汪!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}说: 喵喵~"

# 多态演示
animals = [Dog("阿黄"), Cat("小花")]
for animal in animals:
    print(animal.speak())

8.3.2 方法重写

class SmartAccount(BankAccount):
    """智能账户(继承自BankAccount)"""
    
    def withdraw(self, amount):
        """重写取款方法，增加短信通知"""
        result = super().withdraw(amount)  # 调用父类方法
        print(f"短信通知: 取出{amount}元，余额{result}元")
        return result

8.4 特殊方法与运算符重载

8.4.1 常用特殊方法

表8-1 Python常用魔术方法

方法	描述	调用时机
__init__	构造方法	对象创建时
__str__	字符串表示	str(obj)/print(obj)
__repr__	解释器表示	repr(obj)
__len__	长度	len(obj)
__getitem__	索引访问	obj[key]
__add__	加法运算	obj + other

8.4.2 运算符重载示例

class Vector:
    """二维向量类"""
    
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    def __add__(self, other):
        """向量加法"""
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
    
    def __mul__(self, scalar):
        """向量数乘"""
        return Vector(self.x * scalar, self.y * scalar)
    
    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

# 使用示例
v1 = Vector(2, 3)
v2 = Vector(1, 4)
print(v1 + v2)  # Vector(3, 7)
print(v1 * 3)   # Vector(6, 9)

8.5 属性控制

8.5.1 属性装饰器

class Temperature:
    def __init__(self, celsius):
        self._celsius = celsius  # 内部存储
    
    @property
    def celsius(self):
        """摄氏温度属性"""
        return self._celsius
    
    @celsius.setter
    def celsius(self, value):
        if value < -273.15:
            raise ValueError("温度不能低于绝对零度")
        self._celsius = value
    
    @property
    def fahrenheit(self):
        """只读的华氏温度属性"""
        return self._celsius * 9/5 + 32

# 使用示例
temp = Temperature(25)
print(temp.fahrenheit)  # 77.0
temp.celsius = 30      # 调用setter方法

8.5.2 描述符协议

class PositiveNumber:
    """正数描述符"""
    def __set_name__(self, owner, name):
        self.name = name
    
    def __get__(self, obj, objtype):
        return obj.__dict__.get(self.name, 0)
    
    def __set__(self, obj, value):
        if value <= 0:
            raise ValueError("必须为正数")
        obj.__dict__[self.name] = value

class Circle:
    radius = PositiveNumber()  # 描述符实例
    
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius  # 调用描述符__set__

# 使用示例
c = Circle(5)
print(c.radius)  # 5
c.radius = 10    # 正常
c.radius = -1    # ValueError

8.6 类高级特性

8.6.1 类方法与静态方法

class Date:
    def __init__(self, year, month, day):
        self.year = year
        self.month = month
        self.day = day
    
    @classmethod
    def from_string(cls, date_str):
        """类方法作为替代构造函数"""
        year, month, day = map(int, date_str.split('-'))
        return cls(year, month, day)
    
    @staticmethod
    def is_valid(date_str):
        """静态方法-与类相关但不依赖实例"""
        try:
            year, month, day = map(int, date_str.split('-'))
            return month <= 12 and day <= 31
        except:
            return False

# 使用示例
date = Date.from_string("2023-07-20")
print(Date.is_valid("2023-02-30"))  # False

8.6.2 抽象基类

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    """形状抽象基类"""
    
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Circle(Shape):
    """实现抽象方法"""
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2
    
    def perimeter(self):
        return 2 * 3.14 * self.radius

# 不能实例化抽象类
# shape = Shape()  # 报错
circle = Circle(5)  # 正常

8.7 综合应用举例

案例1：电商商品系统

class Product:
    """商品基类"""
    def __init__(self, name, price, stock):
        self.name = name
        self.price = price
        self.stock = stock
    
    def apply_discount(self, percent):
        """应用折扣"""
        self.price *= (1 - percent/100)
    
    def __str__(self):
        return f"{self.name} - yen{self.price:.2f} (库存: {self.stock})"

class DigitalProduct(Product):
    """数码商品"""
    def __init__(self, name, price, stock, license_key):
        super().__init__(name, price, stock)
        self.license_key = license_key
    
    def activate(self, user):
        """激活许可证"""
        print(f"{user} 已激活产品 {self.name}, 许可证: {self.license_key}")

class ShoppingCart:
    """购物车类"""
    def __init__(self):
        self.items = []
    
    def add_item(self, product, quantity=1):
        """添加商品"""
        if quantity > product.stock:
            raise ValueError("库存不足")
        self.items.append((product, quantity))
    
    def total(self):
        """计算总价"""
        return sum(p.price * q for p, q in self.items)
    
    def checkout(self):
        """结算"""
        total = self.total()
        print(f"结算完成，总计: yen{total:.2f}")
        for product, quantity in self.items:
            product.stock -= quantity
        self.items = []

# 使用示例
iphone = DigitalProduct("iPhone 14", 6999, 10, "XYZ-123-ABC")
book = Product("Python编程", 99, 50)

cart = ShoppingCart()
cart.add_item(iphone)
cart.add_item(book, 2)
cart.checkout()

print(iphone.stock)  # 9

案例2：游戏角色系统

class Character:
    """游戏角色基类"""
    def __init__(self, name, health, attack):
        self.name = name
        self.health = health
        self.attack = attack
        self.skills = []
    
    def take_damage(self, damage):
        """受到伤害"""
        self.health = max(0, self.health - damage)
        print(f"{self.name}受到{damage}点伤害，剩余生命: {self.health}")
        return self.health <= 0
    
    def use_skill(self, skill, target):
        """使用技能"""
        if skill not in self.skills:
            print(f"技能{skill}不存在")
            return False
        
        damage = self.attack + skill.damage
        print(f"{self.name}对{target.name}使用{skill.name}!")
        return target.take_damage(damage)

class Skill:
    """技能类"""
    def __init__(self, name, damage, cost):
        self.name = name
        self.damage = damage
        self.cost = cost
    
    def __str__(self):
        return f"{self.name}(伤害:{self.damage}, 消耗:{self.cost})"

class Warrior(Character):
    """战士职业"""
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name, health=150, attack=20)
        self.skills = [
            Skill("重击", 15, 10),
            Skill("旋风斩", 30, 25)
        ]

class Mage(Character):
    """法师职业"""
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name, health=100, attack=30)
        self.skills = [
            Skill("火球术", 40, 20),
            Skill("冰冻术", 25, 15)
        ]

# 战斗演示
hero = Warrior("英雄")
enemy = Mage("邪恶法师")

print(f"战斗开始: {hero.name} vs {enemy.name}")
hero.use_skill(hero.skills[1], enemy)  # 旋风斩
enemy.use_skill(enemy.skills[0], hero) # 火球术

8.8 学习路线图

8.9 学习总结

核心要点：
理解类与对象的关系
掌握继承与多态的实现
熟练使用特殊方法
理解属性访问控制机制
实践建议：
遵循单一职责原则设计类
优先使用组合而非继承
合理使用属性装饰器
为重要方法添加类型注解
进阶方向：
元类编程
对象序列化
多继承与MRO
设计模式应用
常见陷阱：
混淆类属性与实例属性
错误的重写方法签名
浅拷贝导致的共享状态
过度使用继承导致紧耦合

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