面向对象简介
什么是面向对象编程？
面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种编程范式，它具有以下特点：
- 将数据和行为封装在对象中
- 通过类来定义对象的模板
- 支持继承和多态等特性
- 提高代码的重用性和可维护性
面向对象的三大特性
- 封装：将数据和方法捆绑在一起，对外隐藏实现细节
- 继承：允许创建一个类作为另一个类的基础，继承其特性
- 多态：允许使用一个接口来操作一系列类的对象
类与对象
定义类
class Student:
"""学生类"""
def __init__(self, name, age):
"""初始化方法"""
self.name = name # 实例属性
self.age = age
def introduce(self):
"""实例方法"""
return f"我叫{self.name}，今年{self.age}岁"
# 创建对象
student = Student("张三", 18)
print(student.introduce()) # 输出：我叫张三，今年18岁
类的组成部分
- 类属性：属于类的变量，被所有实例共享
- 实例属性：属于实例的变量，每个实例独立
- 方法：定义在类中的函数
- 构造方法：创建对象时自动调用的特殊方法
类属性与实例属性
class School:
"""学校类"""
# 类属性
school_name = "Python学院"
student_count = 0
def __init__(self, name, grade):
# 实例属性
self.name = name
self.grade = grade
# 修改类属性
School.student_count += 1
@classmethod
def get_student_count(cls):
"""类方法"""
return f"当前学生数量：{cls.student_count}"
# 使用示例
student1 = School("李四", "一年级")
student2 = School("王五", "二年级")
print(School.get_student_count()) # 输出：当前学生数量：2
继承与多态
继承的概念
- 子类可以继承父类的属性和方法
- 子类可以重写父类的方法
- Python支持多重继承
- 使用super()调用父类方法
继承示例
class Animal:
"""动物基类"""
def __init__(self, name):
self.name = name
def speak(self):
pass
class Dog(Animal):
"""狗类"""
def speak(self):
return f"{self.name}说：汪汪!"
class Cat(Animal):
"""猫类"""
def speak(self):
return f"{self.name}说：喵喵!"
# 多态示例
def animal_speak(animal):
"""多态函数"""
print(animal.speak())
# 使用示例
dog = Dog("旺财")
cat = Cat("咪咪")
animal_speak(dog) # 输出：旺财说：汪汪!
animal_speak(cat) # 输出：咪咪说：喵喵!
继承注意事项
- 避免过深的继承层次
- 优先使用组合而不是继承
- 谨慎使用多重继承
- 正确使用super()调用
封装与访问控制
访问控制
- 公有成员：正常命名的属性和方法
- 保护成员：以单下划线开头（_name）
- 私有成员：以双下划线开头（__name）
封装示例
class BankAccount:
"""银行账户类"""
def __init__(self, account_number, balance):
self.__account_number = account_number # 私有属性
self.__balance = balance
self._type = "储蓄账户" # 保护属性
def deposit(self, amount):
"""存款方法"""
if amount > 0:
self.__balance += amount
return True
return False
def get_balance(self):
"""获取余额"""
return self.__balance
def __str__(self):
return f"账户余额：{self.__balance}"
# 使用示例
account = BankAccount("1001", 1000)
account.deposit(500)
print(account.get_balance()) # 输出：1500
# print(account.__balance) # 错误：无法直接访问私有属性
属性与方法
属性装饰器
class Rectangle:
"""矩形类"""
def __init__(self, width, height):
self._width = width
self._height = height
@property
def width(self):
"""宽度属性"""
return self._width
@width.setter
def width(self, value):
"""设置宽度"""
if value > 0:
self._width = value
else:
raise ValueError("宽度必须大于0")
@property
def area(self):
"""面积属性"""
return self._width * self._height
# 使用示例
rect = Rectangle(10, 5)
print(rect.width) # 获取宽度
rect.width = 20 # 设置宽度
print(rect.area) # 计算面积
静态方法和类方法
class MathHelper:
"""数学工具类"""
PI = 3.14159
@staticmethod
def is_prime(n):
"""判断是否是素数"""
if n < 2:
return False
for i in range(2, int(n ** 0.5) + 1):
if n % i == 0:
return False
return True
@classmethod
def circle_area(cls, radius):
"""计算圆的面积"""
return cls.PI * radius * radius
# 使用示例
print(MathHelper.is_prime(17)) # 静态方法调用
print(MathHelper.circle_area(5)) # 类方法调用
实践练习
练习1：创建一个简单的学生管理系统
class Student:
"""学生类"""
def __init__(self, student_id, name, age):
self.student_id = student_id
self.name = name
self.age = age
self.scores = {}
def add_score(self, subject, score):
"""添加成绩"""
self.scores[subject] = score
def get_average(self):
"""计算平均分"""
if not self.scores:
return 0
return sum(self.scores.values()) / len(self.scores)
class StudentManager:
"""学生管理类"""
def __init__(self):
self.students = {}
def add_student(self, student):
"""添加学生"""
self.students[student.student_id] = student
def remove_student(self, student_id):
"""删除学生"""
if student_id in self.students:
del self.students[student_id]
def get_student(self, student_id):
"""获取学生信息"""
return self.students.get(student_id)
def get_all_students(self):
"""获取所有学生"""
return self.students.values()
# 使用示例
manager = StudentManager()
# 添加学生
student1 = Student("001", "张三", 18)
student1.add_score("数学", 90)
student1.add_score("语文", 85)
manager.add_student(student1)
student2 = Student("002", "李四", 19)
student2.add_score("数学", 95)
student2.add_score("语文", 88)
manager.add_student(student2)
# 查询学生信息
for student in manager.get_all_students():
print(f"学生：{student.name}")
print(f"平均分：{student.get_average():.2f}")