Python面向对象：面向对象(OOP)基本概念类和对象基础语法封装案例私有属性和私有方法

Posted 2023-02-23 英雄有梦

一、面向对象(OOP)基本概念

面向对象编程 —— Object Oriented Programming 简写 OOP

目标

• 了解 面向对象 基本概念

01. 面向对象基本概念

• 我们之前学习的编程方式就是 面向过程 的
• 面相过程 和 面相对象，是两种不同的 编程方式
• 对比 面向过程 的特点，可以更好地了解什么是 面向对象

1.1 过程和函数（科普）

• 过程 是早期的一个编程概念
• 过程 类似于函数，只能执行，但是没有返回值
• 函数 不仅能执行，还可以返回结果

1.2 面相过程 和 面相对象 基本概念

1) 面相过程 —— 怎么做？

1. 把完成某一个需求的 所有步骤 从头到尾 逐步实现
2. 根据开发需求，将某些 功能独立 的代码 封装 成一个又一个 函数
3. 最后完成的代码，就是顺序地调用 不同的函数

特点

1. 注重 步骤与过程，不注重职责分工
2. 如果需求复杂，代码会变得很复杂
3. 开发复杂项目，没有固定的套路，开发难度很大！

2) 面向对象 —— 谁来做？

相比较函数，面向对象 是 更大 的 封装，根据 职责 在 一个对象中 封装 多个方法

1. 在完成某一个需求前，首先确定 职责 —— 要做的事情（方法）
2. 根据 职责 确定不同的 对象，在 对象 内部封装不同的 方法（多个）
3. 最后完成的代码，就是顺序地让 不同的对象 调用 不同的方法

特点

1. 注重 对象和职责，不同的对象承担不同的职责
2. 更加适合应对复杂的需求变化，是专门应对复杂项目开发，提供的固定套路
3. 需要在面向过程基础上，再学习一些面向对象的语法

二、类和对象

目标

• 类和对象的概念
• 类和对象的关系
• 类的设计

01. 类和对象的概念

类 和 对象 是 面向对象编程的 两个 核心概念

1.1 类

• 类 是对一群具有 相同 特征 或者 行为 的事物的一个统称，是抽象的，不能直接使用
  • 特征 被称为 属性
  • 行为 被称为 方法
• 类 就相当于制造飞机时的图纸，是一个 模板，是 负责创建对象的

1.2 对象

• 对象 是 由类创建出来的一个具体存在，可以直接使用
• 由 哪一个类 创建出来的 对象，就拥有在 哪一个类 中定义的：
  • 属性
  • 方法
• 对象 就相当于用 图纸 制造 的飞机

在程序开发中，应该 先有类，再有对象

02. 类和对象的关系

• 类是模板，对象 是根据 类 这个模板创建出来的，应该 先有类，再有对象
• 类 只有一个，而 对象 可以有很多个
  • 不同的对象 之间 属性 可能会各不相同
• 类 中定义了什么 属性和方法，对象 中就有什么属性和方法，不可能多，也不可能少

03. 类的设计

在使用面相对象开发前，应该首先分析需求，确定一下，程序中需要包含哪些类！

在程序开发中，要设计一个类，通常需要满足一下三个要素：

1. 类名 这类事物的名字，满足大驼峰命名法
2. 属性 这类事物具有什么样的特征
3. 方法 这类事物具有什么样的行为

大驼峰命名法

CapWords

1. 每一个单词的首字母大写
2. 单词与单词之间没有下划线

3.1 类名的确定

名词提炼法 分析 整个业务流程，出现的 名词，通常就是找到的类

3.2 属性和方法的确定

• 对 对象的特征描述，通常可以定义成 属性
• 对象具有的行为（动词），通常可以定义成 方法

提示：需求中没有涉及的属性或者方法在设计类时，不需要考虑

练习 1

需求

• 小明 今年 18 岁，身高 1.75，每天早上 跑 完步，会去 吃 东西
• 小美 今年 17 岁，身高 1.65，小美不跑步，小美喜欢 吃 东西

练习 2

需求

• 一只 黄颜色 的 狗狗 叫 大黄
• 看见生人 汪汪叫
• 看见家人 摇尾巴

三、面相对象基础语法

目标

• dir 内置函数
• 定义简单的类（只包含方法）
• 方法中的 self 参数
• 初始化方法
• 内置方法和属性

01. dir 内置函数（知道）

• 在 Python 中 对象几乎是无所不在的，我们之前学习的 变量、数据、函数 都是对象

在 Python 中可以使用以下两个方法验证：

1. 在 标识符 / 数据 后输入一个 .，然后按下 TAB 键，iPython 会提示该对象能够调用的 方法列表
2. 使用内置函数 dir 传入 标识符 / 数据，可以查看对象内的 所有属性及方法

提示 __方法名__ 格式的方法是 Python 提供的 内置方法 / 属性，稍后会给大家介绍一些常用的 内置方法 / 属性

序号	方法名	类型	作用
01	__new__	方法	创建对象时，会被 自动 调用
02	__init__	方法	对象被初始化时，会被 自动 调用
03	__del__	方法	对象被从内存中销毁前，会被 自动 调用
04	__str__	方法	返回对象的描述信息，print 函数输出使用

提示 利用好 dir() 函数，在学习时很多内容就不需要死记硬背了

02. 定义简单的类（只包含方法）

面向对象 是 更大 的 封装，在 一个类中 封装 多个方法，这样 通过这个类创建出来的对象，就可以直接调用这些方法了！

2.1 定义只包含方法的类

• 在 Python 中要定义一个只包含方法的类，语法格式如下：

class 类名:

    def 方法1(self, 参数列表):
        pass
    
    def 方法2(self, 参数列表):
        pass

• 方法 的定义格式和之前学习过的函数 几乎一样
• 区别在于第一个参数必须是 self，大家暂时先记住，稍后介绍 self

注意：类名 的 命名规则 要符合 大驼峰命名法

2.2 创建对象

• 当一个类定义完成之后，要使用这个类来创建对象，语法格式如下：

对象变量 = 类名()

2.3 第一个面向对象程序

需求

• 小猫 爱 吃 鱼，小猫 要 喝 水

分析

1. 定义一个猫类 Cat
2. 定义两个方法 eat 和 drink
3. 按照需求 —— 不需要定义属性

class Cat:
    """这是一个猫类"""

    def eat(self):
        print("小猫爱吃鱼")

    def drink(self):
        print("小猫在喝水")

tom = Cat()
tom.drink()
tom.eat()

引用概念的强调

在面向对象开发中，引用的概念是同样适用的！

• 在 Python 中使用类 创建对象之后，tom 变量中 仍然记录的是 对象在内存中的地址
• 也就是 tom 变量 引用 了 新建的猫对象
• 使用 print 输出 对象变量，默认情况下，是能够输出这个变量 引用的对象 是 由哪一个类创建的对象，以及 在内存中的地址（十六进制表示）

提示：在计算机中，通常使用 十六进制 表示 内存地址

• 十进制 和 十六进制 都是用来表达数字的，只是表示的方式不一样
• 十进制 和 十六进制 的数字之间可以来回转换

• %d 可以以 10 进制 输出数字
• %x 可以以 16 进制 输出数字

案例进阶 —— 使用 Cat 类再创建一个对象

lazy_cat = Cat()
lazy_cat.eat()
lazy_cat.drink()

提问：tom 和 lazy_cat 是同一个对象吗？

03. 方法中的 self 参数

3.1 案例改造 —— 给对象增加属性

• 在 Python 中，要 给对象设置属性，非常的容易，但是不推荐使用
  • 因为：对象属性的封装应该封装在类的内部
• 只需要在 类的外部的代码 中直接通过 . 设置一个属性即可

注意：这种方式虽然简单，但是不推荐使用！

tom.name = "Tom"
...

lazy_cat.name = "大懒猫"

3.2 使用 self 在方法内部输出每一只猫的名字

由 哪一个对象 调用的方法，方法内的 self 就是 哪一个对象的引用

• 在类封装的方法内部，self 就表示 当前调用方法的对象自己
• 调用方法时，程序员不需要传递 self 参数
• 在方法内部
  • 可以通过 self. 访问对象的属性
  • 也可以通过 self. 调用其他的对象方法
• 改造代码如下：

class Cat:

    def eat(self):
        print("%s 爱吃鱼" % self.name)

tom = Cat()
tom.name = "Tom"
tom.eat()

lazy_cat = Cat()
lazy_cat.name = "大懒猫"
lazy_cat.eat()

• 在 类的外部，通过 变量名. 访问对象的 属性和方法
• 在 类封装的方法中，通过 self. 访问对象的 属性和方法

04. 初始化方法

4.1 之前代码存在的问题 —— 在类的外部给对象增加属性

• 将案例代码进行调整，先调用方法 再设置属性，观察一下执行效果

tom = Cat()
tom.drink()
tom.eat()
tom.name = "Tom"
print(tom)

• 程序执行报错如下：

AttributeError: 'Cat' object has no attribute 'name'
属性错误：'Cat' 对象没有 'name' 属性

提示

• 在日常开发中，不推荐在 类的外部 给对象增加属性
  • 如果在运行时，没有找到属性，程序会报错
• 对象应该包含有哪些属性，应该 封装在类的内部

4.2 初始化方法

• 当使用 类名() 创建对象时，会 自动 执行以下操作：
  1. 为对象在内存中 分配空间 —— 创建对象
  2. 为对象的属性 设置初始值 —— 初始化方法(init)
• 这个 初始化方法 就是 __init__ 方法，__init__ 是对象的内置方法

__init__ 方法是 专门 用来定义一个类 具有哪些属性的方法！

在 Cat 中增加 __init__ 方法，验证该方法在创建对象时会被自动调用

class Cat:
    """这是一个猫类"""

    def __init__(self):
        print("初始化方法")

4.3 在初始化方法内部定义属性

• 在 __init__ 方法内部使用 self.属性名 = 属性的初始值 就可以 定义属性
• 定义属性之后，再使用 Cat 类创建的对象，都会拥有该属性

class Cat:

    def __init__(self):

        print("这是一个初始化方法")
        
        # 定义用 Cat 类创建的猫对象都有一个 name 的属性
        self.name = "Tom"

    def eat(self):
        print("%s 爱吃鱼" % self.name)

# 使用类名()创建对象的时候，会自动调用初始化方法 __init__
tom = Cat()

tom.eat()

4.4 改造初始化方法 —— 初始化的同时设置初始值

• 在开发中，如果希望在 创建对象的同时，就设置对象的属性，可以对 __init__ 方法进行 改造
  1. 把希望设置的属性值，定义成 __init__ 方法的参数
  2. 在方法内部使用 self.属性 = 形参 接收外部传递的参数
  3. 在创建对象时，使用 类名(属性1, 属性2...) 调用

class Cat:

    def __init__(self, name):
        print("初始化方法 %s" % name)
        self.name = name
    ...
    
tom = Cat("Tom")
...

lazy_cat = Cat("大懒猫")
...

05. 内置方法和属性

序号	方法名	类型	作用
01	__del__	方法	对象被从内存中销毁前，会被 自动 调用
02	__str__	方法	返回对象的描述信息，print 函数输出使用

5.1 __del__ 方法（知道）

• 在 Python 中

  • 当使用 类名() 创建对象时，为对象 分配完空间后，自动 调用 __init__ 方法
  • 当一个 对象被从内存中销毁 前，会 自动 调用 __del__ 方法

• 应用场景

  • __init__ 改造初始化方法，可以让创建对象更加灵活
  • __del__ 如果希望在对象被销毁前，再做一些事情，可以考虑一下 __del__ 方法

• 生命周期

  • 一个对象从调用 类名() 创建，生命周期开始
  • 一个对象的 __del__ 方法一旦被调用，生命周期结束
  • 在对象的生命周期内，可以访问对象属性，或者让对象调用方法

class Cat:

    def __init__(self, new_name):

        self.name = new_name

        print("%s 来了" % self.name)

    def __del__(self):

        print("%s 去了" % self.name)

# tom 是一个全局变量
tom = Cat("Tom")
print(tom.name)

# del 关键字可以删除一个对象
del tom

print("-" * 50)

5.2 __str__ 方法

• 在 Python 中，使用 print 输出 对象变量，默认情况下，会输出这个变量 引用的对象 是 由哪一个类创建的对象，以及 在内存中的地址（十六进制表示）
• 如果在开发中，希望使用 print 输出 对象变量 时，能够打印 自定义的内容，就可以利用 __str__ 这个内置方法了

注意：__str__ 方法必须返回一个字符串

class Cat:

    def __init__(self, new_name):

        self.name = new_name

        print("%s 来了" % self.name)

    def __del__(self):

        print("%s 去了" % self.name)

    def __str__(self):
        return "我是小猫：%s" % self.name

tom = Cat("Tom")
print(tom)

四、面向对象封装案例

目标

• 封装
• 小明爱跑步
• 存放家具

01. 封装

1. 封装 是面向对象编程的一大特点
2. 面向对象编程的 第一步 —— 将 属性 和 方法 封装 到一个抽象的 类 中
3. 外界 使用 类 创建 对象，然后 让对象调用方法
4. 对象方法的细节 都被 封装 在 类的内部

02. 小明爱跑步

需求

1. 小明 体重 75.0 公斤
2. 小明每次 跑步 会减肥 0.5 公斤
3. 小明每次 吃东西 体重增加 1 公斤

提示：在 对象的方法内部，是可以 直接访问对象的属性 的！

• 代码实现：

class Person:
    """人类"""

    def __init__(self, name, weight):

        self.name = name
        self.weight = weight

    def __str__(self):

        return "我的名字叫 %s 体重 %.2f 公斤" % (self.name, self.weight)

    def run(self):
        """跑步"""

        print("%s 爱跑步，跑步锻炼身体" % self.name)
        self.weight -= 0.5

    def eat(self):
        """吃东西"""

        print("%s 是吃货，吃完这顿再减肥" % self.name)
        self.weight += 1


xiaoming = Person("小明", 75)

xiaoming.run()
xiaoming.eat()
xiaoming.eat()

print(xiaoming)

2.1 小明爱跑步扩展 —— 小美也爱跑步

需求

1. 小明 和 小美 都爱跑步
2. 小明 体重 75.0 公斤
3. 小美 体重 45.0 公斤
4. 每次 跑步 都会减少 0.5 公斤
5. 每次 吃东西 都会增加 1 公斤

提示

1. 在 对象的方法内部，是可以 直接访问对象的属性 的
2. 同一个类 创建的 多个对象 之间，属性 互不干扰！

03. 摆放家具

需求

1. 房子(House) 有 户型、总面积 和 家具名称列表
   • 新房子没有任何的家具
2. 家具(HouseItem) 有 名字 和 占地面积，其中
   • 席梦思(bed) 占地 4 平米
   • 衣柜(chest) 占地 2 平米
   • 餐桌(table) 占地 1.5 平米
3. 将以上三件 家具 添加 到 房子 中
4. 打印房子时，要求输出：户型、总面积、剩余面积、家具名称列表

剩余面积

1. 在创建房子对象时，定义一个 剩余面积的属性，初始值和总面积相等
2. 当调用 add_item 方法，向房间 添加家具 时，让 剩余面积 -= 家具面积

思考：应该先开发哪一个类？

答案 —— 家具类

1. 家具简单
2. 房子要使用到家具，被使用的类，通常应该先开发

3.1 创建家具

class HouseItem:

    def __init__(self, name, area):
        """

        :param name: 家具名称
        :param area: 占地面积
        """
        self.name = name
        self.area = area

    def __str__(self):
        return "[%s] 占地面积 %.2f" % (self.name, self.area)


# 1. 创建家具
bed = HouseItem("席梦思", 4)
chest = HouseItem("衣柜", 2)
table = HouseItem("餐桌", 1.5)

print(bed)
print(chest)
print(table)

小结

1. 创建了一个 家具类，使用到 __init__ 和 __str__ 两个内置方法
2. 使用 家具类 创建了 三个家具对象，并且 输出家具信息

3.2 创建房间

class House:

    def __init__(self, house_type, area):
        """

        :param house_type: 户型
        :param area: 总面积
        """
        self.house_type = house_type
        self.area = area
        
        # 剩余面积默认和总面积一致
        self.free_area = area
        # 默认没有任何的家具
        self.item_list = []

    def __str__(self):

        # Python 能够自动的将一对括号内部的代码连接在一起
        return ("户型：%s\\n总面积：%.2f[剩余：%.2f]\\n家具：%s"
                % (self.house_type, self.area,
                   self.free_area, self.item_list))

    def add_item(self, item):

        print("要添加 %s" % item)

...

# 2. 创建房子对象
my_home = House("两室一厅", 60)

my_home.add_item(bed)
my_home.add_item(chest)
my_home.add_item(table)

print(my_home)

小结

1. 创建了一个 房子类，使用到 __init__ 和 __str__ 两个内置方法
2. 准备了一个 add_item 方法 准备添加家具
3. 使用 房子类 创建了 一个房子对象
4. 让 房子对象 调用了三次 add_item 方法，将 三件家具 以实参传递到 add_item 内部

3.3 添加家具

需求

• 1> 判断 家具的面积 是否 超过剩余面积，如果超过，提示不能添加这件家具
• 2> 将 家具的名称 追加到 家具名称列表 中
• 3> 用 房子的剩余面积 - 家具面积

    def add_item(self, item):

        print("要添加 %s" % item)
        # 1. 判断家具面积是否大于剩余面积
        if item.area > self.free_area:
            print("%s 的面积太大，不能添加到房子中" % item.name)

            return

        # 2. 将家具的名称追加到名称列表中
        self.item_list.append(item.name)

        # 3. 计算剩余面积
        self.free_area -= item.area

3.4 小结

• 主程序只负责创建 房子 对象和 家具 对象
• 让 房子 对象调用 add_item 方法 将家具添加到房子中
• 面积计算、剩余面积、家具列表 等处理都被 封装 到 房子类的内部

五、面向对象封装案例 II

目标

• 士兵突击案例
• 身份运算符

封装

1. 封装 是面向对象编程的一大特点
2. 面向对象编程的 第一步 —— 将 属性 和 方法 封装 到一个抽象的 类 中
3. 外界 使用 类 创建 对象，然后 让对象调用方法
4. 对象方法的细节 都被 封装 在 类的内部

一个对象的 属性 可以是 另外一个类创建的对象

01. 士兵突击

需求

1. 士兵 许三多 有一把 AK47
2. 士兵 可以 开火
3. 枪 能够 发射 子弹
4. 枪 装填 装填子弹 —— 增加子弹数量

1.1 开发枪类

shoot 方法需求

• 1> 判断是否有子弹，没有子弹无法射击
• 2> 使用 print 提示射击，并且输出子弹数量

class Gun:

    def __init__(self, model):

        # 枪的型号
        self.model = model
        # 子弹数量
        self.bullet_count = 0

    def add_bullet(self, count):

        self.bullet_count += count

    def shoot(self):

        # 判断是否还有子弹
        if self.bullet_count <= 0:
            print("没有子弹了...")

            return

        # 发射一颗子弹
        self.bullet_count -= 1
        
        print("%s 发射子弹[%d]..." % (self.model, self.bullet_count))

# 创建枪对象
ak47 = Gun("ak47")
ak47.add_bullet(50)
ak47.shoot()

1.2 开发士兵类

假设：每一个新兵 都 没有枪

定义没有初始值的属性

在定义属性时，如果 不知道设置什么初始值，可以设置为 None

• None 关键字 表示 什么都没有
• 表示一个 空对象，没有方法和属性，是一个特殊的常量
• 可以将 None 赋值给任何一个变量

fire 方法需求

• 1> 判断是否有枪，没有枪没法冲锋
• 2> 喊一声口号
• 3> 装填子弹
• 4> 射击

class Soldier:

    def __init__(self, name):

        # 姓名
        self.name = name
        # 枪，士兵初始没有枪 None 关键字表示什么都没有
        self.gun = None

    def fire(self):

        # 1. 判断士兵是否有枪
        if self.gun is None:
            print("[%s] 还没有枪..." % self.name)

            return

        # 2. 高喊口号
        print("冲啊...[%s]" % self.name)

        # 3. 让枪装填子弹
        self.gun.add_bullet(50)

        # 4. 让枪发射子弹
        self.gun.shoot()

小结

1. 创建了一个 士兵类，使用到 __init__ 内置方法
2. 在定义属性时，如果 不知道设置什么初始值，可以设置为 None
3. 在 封装的 方法内部，还可以让 自己的 使用其他类创建的对象属性 调用已经 封装好的方法

02. 身份运算符

身份运算符用于 比较 两个对象的 内存地址 是否一致 —— 是否是对同一个对象的引用

• 在 Python 中针对 None 比较时，建议使用 is 判断

运算符	描述	实例
is	is 是判断两个标识符是不是引用同一个对象	x is y，类似 id(x) == id(y)
is not	is not 是判断两个标识符是不是引用不同对象	x is not y，类似 id(a) != id(b)

is 与 == 区别：

is 用于判断 两个变量 引用对象是否为同一个
== 用于判断 引用变量的值 是否相等

>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = [1, 2, 3]
>>> b is a 
False
>>> b == a
True

六、私有属性和私有方法

01. 应用场景及定义方式

应用场景

• 在实际开发中，对象 的 某些属性或方法 可能只希望 在对象的内部被使用，而 不希望在外部被访问到
• 私有属性 就是 对象 不希望公开的 属性
• 私有方法 就是 对象 不希望公开的 方法

定义方式

• 在 定义属性或方法时，在 属性名或者方法名前 增加 两个下划线以上是关于Python面向对象：面向对象(OOP)基本概念类和对象基础语法封装案例私有属性和私有方法的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

  2021年最新Python讲义：面向对象(OOP)基本概念

  Python基础面向对象的基本概念

  Python基础08 面向对象的基本概念

  Python基础08 面向对象的基本概念

  python中的oop面向对象基本编程（类实例魔术）

  Python面向对象编程第01篇 OOP简介