【Python】面向对象

一、初识对象
二、成员方法
三、类和对象
四、构造方法
五、其它内置方法
六、封装
七、继承
八、类型注解
九、多态

面向对象概念

面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种编程范式，它将数据和操作数据的方法组织成对象。对象是具有特定属性和行为的实体，而类是对象的模板，用于定义对象的属性和行为。

以下是面向对象编程的一些关键概念：

1. 类（Class）：
   • 类是一种用户定义的数据类型，它定义了对象的属性和方法。类是对象的蓝图或模板。例如，可以有一个 Person 类，用于表示人的属性和行为。

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

    def greet(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name} and I am {self.age} years old.")

2. 对象（Object）：
   • 对象是类的实例，是具体存在的数据实体。在上面的例子中，可以创建 Person 类的对象，如 person1 和 person2。

person1 = Person("Alice", 25)
person2 = Person("Bob", 30)

3. 封装（Encapsulation）：
   • 封装是将数据和操作数据的方法捆绑在一起的概念。在类中，封装允许将属性和方法封装在类的内部，外部只能通过类的接口来访问。

# 使用对象的方法
person1.greet()

4. 继承（Inheritance）：
   • 继承是一种创建新类的机制，新类可以继承现有类的属性和方法。继承允许代码重用，并支持创建层次结构。

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, student_id):
        super().__init__(name, age)
        self.student_id = student_id

    def study(self):
        print(f"{self.name} is studying.")

5. 多态（Polymorphism）：
   • 多态允许使用相同的接口处理不同类型的对象。在面向对象编程中，多态性使得可以使用基类的接口来处理派生类的对象。

def introduce(person):
    person.greet()

introduce(person1)
introduce(Student("Charlie", 22, "12345"))

这些概念共同构成了面向对象编程的基础。通过面向对象编程，可以更清晰地组织和设计代码，提高代码的可维护性和可复用性。

一、初识对象

使用对象完成数据组织的思路

1. 生活中或是程序中，我们都可以使用设计表格、生产表格、填写表格的形式组织数据

2. 进行对比，在程序中：

   • 设计表格，称之为：设计类（class）
   • 打印表格，称之为：创建对象
   • 填写表格，称之为：对象属性赋值
     
     让我们更详细地解释一下这个比喻：

3. 设计表格（设计类）：

   • 在生活中，设计表格就是规划你的数据表的结构，定义了表格中每一列的名称和数据类型。在程序中，这对应于设计类。类是一种数据结构，它定义了一组属性（数据成员）和方法（函数成员），描述了对象的特征和行为。

4. 打印表格（创建对象）：

   • 打印表格是指在表格的基础上创建一份具体的记录。在程序中，这对应于创建对象。对象是类的实例，具体化了类的结构，拥有类定义的属性和方法。创建对象的过程称为实例化，通过这个过程，我们可以在程序中使用类定义的功能。

5. 填写表格（对象属性赋值）：

   • 填写表格是指向表格的每一列添加具体的数据。在程序中，这对应于为对象的属性赋值。对象的属性是类定义的变量，它们存储对象的状态信息。通过为对象属性赋值，我们将具体的数据存储到对象中。

举个简单的例子，比如有一个类定义：

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

    def display_info(self):
        print(f"Name: {self.name}, Age: {self.age}, Grade: {self.grade}")

这个类描述了学生的特征（姓名、年龄、成绩）和一个方法用于显示学生信息。现在，我们可以创建该类的对象并为对象的属性赋值：

# 创建学生对象
student1 = Student("Alice", 20, "A")

# 打印学生信息
student1.display_info()

在这个例子中，Student 类就好比设计表格，student1 对象就相当于打印表格，而为 student1 对象的属性赋值（例如，name、age、grade）就是填写表格。

这种比喻使得面向对象编程的概念更加直观，帮助初学者更容易理解类、对象和属性的概念。

二、成员方法

1. 类的定义和使用语法
2. 成员变量和成员方法
3. self关键字的作用

1、类的定义和使用语法

类的定义和使用

2、成员变量和成员方法

• 类中定义的属性（变量），我们称之为：成员变量
• 类中定义的行为（函数），我们称之为：成员方法

成员方法的定义语法

3、self关键字的作用

• 表示类对象本身的意思
• 只有通过self，成员方法才能访问类的成员变量
• self出现在形参列表中，但是不占用参数位置，无需理会

注意事项

三、类和对象

1. 使用类描述现实世界事物的思想
2. 类和对象的关系
3. 什么是面向对象

1、使用类描述现实世界事物的思想

现实世界的事物和类

2、类和对象的关系

类和对象之间的关系是面向对象编程中的核心概念。让我们更详细地解释一下：

1. 类（Class）：

   • 类是一种抽象的数据类型，它定义了一组属性和方法。这些属性描述了类的状态，而方法描述了类的行为。类是一个模板或蓝图，它定义了如何创建对象。在编程中，类通常包括构造函数（用于创建对象）、属性（数据成员）和方法（函数成员）等。

2. 对象（Object）：

   • 对象是类的实例，它是根据类定义创建的具体实体。对象具有类定义的属性和方法，并可以进行特定的操作。对象是类的具体化，它占用内存并存在于计算机的运行时环境中。通过创建对象，我们可以在程序中使用类的功能。

3. 关系：

   • 类是对象的模板，而对象是类的实例。一个类可以有多个对象，每个对象都有相同的属性和方法，但它们的具体值可以不同。类定义了对象的共同特征，而对象则是类的具体实现。

4. 示例：

   • 假设有一个类 Car，该类具有属性（例如，颜色、型号）和方法（例如，启动、加速）。通过这个类，我们可以创建多个具体的汽车对象，每辆汽车都有自己的颜色和型号，并可以执行启动和加速等操作。

class Car:
    def __init__(self, color, model):
        self.color = color
        self.model = model

    def start(self):
        print(f"The {self.color} {self.model} is starting.")

    def accelerate(self):
        print(f"The {self.color} {self.model} is accelerating.")

# 创建两个Car对象
car1 = Car("Red", "Sedan")
car2 = Car("Blue", "SUV")

# 调用对象的方法
car1.start()
car2.accelerate()

在这个例子中，Car 类是一个模板，car1 和 car2 是这个类的两个不同的对象。每个对象都有自己的颜色和型号，并可以执行类定义的方法。

总的来说，类是对对象的抽象，而对象是类的实例。通过类，我们可以定义一种数据类型，然后通过创建对象，我们可以在程序中使用这个数据类型的具体实例。

3、什么是面向对象

在程序中通过类来描述

基于类创建对象

总结

1. 现实世界的事物由什么组成？

   • 属性
   • 行为
     类也可以包含属性和行为，所以使用类描述现实世界事物是非常合适的

2. 类和对象的关系是什么？
   类是程序中的“设计图纸”
   对象是基于图纸生产的具体实体

3. 什么是面向对象编程？
   面向对象编程就是，使用对象进行编程。
   即，设计类，基于类创建对象，并使用对象来完成具体的工作

四、构造方法

使用构造方法向成员变量赋值

属性（成员变量）的赋值

构造方法

构造方法注意事项

总结

1. 构造方法的名称是：
   init，注意init前后的2个下划线符号
2. 构造方法的作用：
   • 构建类对象的时候会自动运行
   • 构建类对象的传参会传递给构造方法，借此特性可以给成员变量赋值
3. 注意事项：
   • 构造方法不要忘记self关键字
   • 在方法内使用成员变量需要使用self

五、其它内置方法

几种常用的类内置方法

魔术方法

str 字符串方法

lt 小于符号比较方法

直接对2个对象进行比较是不可以的，但是在类中实现__lt__方法，即可同时完成：小于符号 和 大于符号 2种比较

le 小于等于比较符号方法

eq 比较运算符实现方法

总结

六、封装

1、封装的概念

面向对象的三大特性

面向对象编程，是许多编程语言都支持的一种编程思想。
简单理解是：基于模板（类）去创建实体（对象），使用对象完成功能开发。

面向对象包含3大主要特性：

• 封装
• 继承
• 多态

封装

对用户隐藏的属性和行为

2、私有成员的使用

私有成员

使用私有成员

总结

1. 封装的概念是指？
   将现实世界事物在类中描述为属性和方法，即为封装。
2. 什么是私有成员？为什么需要私有成员？
   现实事物有部分属性和行为是不公开对使用者开放的。同样在类中描述属性和方法的时候也需要达到这个要求，就需要定义私有成员了
3. 如何定义私有成员？
   成员变量和成员方法的命名均以__作为开头即可
4. 私有成员的访问限制？
   • 类对象无法访问私有成员
   • 类中的其它成员可以访问私有成员

七、继承

1. 继承的基础语法
   • 继承的概念
   • 继承的使用方式
   • pass关键字的作用
2. 复写和使用父类成员
   • 复写父类成员的语法
   • 如何在子类中调用父类成员

1、继承的基础语法

继承的引出

单继承

多继承

多继承注意事项

总结

1. 什么是继承？
   继承就是一个类，继承另外一个类的成员变量和成员方法
   语法：
   
   子类构建的类对象，可以
   • 有自己的成员变量和成员方法
   • 使用父类的成员变量和成员方法
2. 单继承和多继承
   单继承：一个类继承另一个类
   多继承：一个类继承多个类，按照顺序从左向右依次继承
   多继承中，如果父类有同名方法或属性，先继承的优先级高于后继承
3. pass关键字的作用是什么
   pass是占位语句，用来保证函数（方法）或类定义的完整性，表示无内容，空的意思

2、复写和使用父类成员

复写

调用父类同名成员

总结

1. 复写表示：
   对父类的成员属性或成员方法进行重新定义
2. 复写的语法：
   在子类中重新实现同名成员方法或成员属性即可
3. 在子类中，如何调用父类成员
   
   注意：只可以在子类内部调用父类的同名成员，子类的实体类对象调用默认是调用子类复写的

八、类型注解

1、变量的类型注解

为什么需要类型注解

当我们调用方法，进行传参的时候（快捷键ctrl + p弹出提示）：

为什么内置模块random的方法可以提示类型
自己定义的就不可以？

因为PyCharm无法通过代码
确定应传入什么类型
我们需要使用类型注解

类型注解

Python在3.5版本的时候引入了类型注解，以方便静态类型检查工具，IDE等第三方工具。
类型注解：在代码中涉及数据交互的地方，提供数据类型的注解（显式的说明）。
主要功能：

• 帮助第三方IDE工具（如PyCharm）对代码进行类型推断，协助做代码提示
• 帮助开发者自身对变量进行类型注释

支持：

• 变量的类型注解
• 函数（方法）形参列表和返回值的类型注解

变量的类型注解语法

类型注解的语法

类型注解的限制

总结

1. 什么是类型注解，有什么作用？
   在代码中涉及数据交互之时，对数据类型进行显式的说明，可以帮助：
   • PyCharm等开发工具对代码做类型推断协助做代码提示
   • 开发者自身做类型的备注
2. 类型注解支持：
   • 变量的类型注解
   • 函数（方法）的形参和返回值的类型注解
3. 变量的类型注解语法
   • 语法1： 变量: 类型
   • 语法2： 在注释中，# type: 类型
4. 注意事项
   类型注解只是提示性的，并非决定性的。数据类型和注解类型无法对应也不会导致错误

2、函数（方法）的类型注解

为函数（方法）形参进行类型注解

为函数（方法）返回值进行类型注解

总结

1. 函数（方法）可以为哪里添加注解？
   • 形参的类型注解
   • 返回值的类型注解
2. 函数（方法）的类型注解语法？
   
   注意，返回值类型注解的符号使用： ->

3、Union类型

使用Union进行联合类型注解

总结

1. 什么是Union类型？
   使用Union可以定义联合类型注解
2. Union的使用方式
   • 导包：from typing import Union
   • 使用：Union[类型, …, 类型]

九、多态

多态的概念

抽象类（接口）的编程思想

总结

1. 什么是多态？
   多态指的是，同一个行为，使用不同的对象获得不同的状态。
   如，定义函数（方法），通过类型注解声明需要父类对象，实际传入子类对象进行工作，从而获得不同的工作状态
2. 什么是抽象类（接口）
   包含抽象方法的类，称之为抽象类。抽象方法是指：没有具体实现的方法（pass）称之为抽象方法
3. 抽象类的作用
   多用于做顶层设计（设计标准），以便子类做具体实现。
   也是对子类的一种软性约束，要求子类必须复写（实现）父类的一些方法
   并配合多态使用，获得不同的工作状态。