面向对象“类与对象”的概念及特性

Posted 2020-10-27 ZingpLiu

 

面向对象程序设计（英语：Object-oriented programming，缩写：OOP）是种具有对象概念的程序编程范式，同时也是一种程序开发的抽象方针。在此不再累述编程范式的种种类别，重点讨论“类与对象”概念及特性。

1 类与对象的概念

类（class）： 对一类具有相同属性的对象的抽象。比如，牧羊犬、金毛、哈士奇都可抽象为“狗”类。类的定义包含了数据的形式以及对数据的操作。
对象（object）： 类的实例，每个对象都是其类中的一个实体。比如，我家的狗名字叫buck， 那么buck这条活生生的狗就是“狗”这个类的实例。

我们来看一下python中是如何定义一个类的：

# 定义一个 Dog 类
class Dog:

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def talk(self):
        print("[{}]:Wang Wang Wang.".format(self.name))

# 创建对象buck
buck = Dog("buck")
# 调用对象中的talk()方法
buck.talk()

对上述定义类的代码中的某些关键字进行简单阐述：

定义类： 通过class这个关键字定义一个类，类名叫Dog。
属性： name变量就是Dog这个类封装的一个属性。
方法： talk()函数就是Dog这个类中的方法。
self: 注意这是个特殊参数，当类实例化之后self即是对象本身。
创建对象：在类名之后添加括号，传入需要的参数，就创建了一个对象。
访问对象中的属性或方法：通过 对象.属性 或者 对象.方法 的形式。
__init__()：类的构造函数，创建对象会调用该方法，后面会详细解释。

简单了解了类与对象的概念、定义类，创建对象、属性和方法等之后，我们接着阐述面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

2 封装性

属性和方法都叫类的成员。封装（Encapsulation）是通过限制只有特定类的对象可以访问这一特定类的成员，其中有两点需要注意：

一是类抽象出一些成员封装在某个地方；二是通过某种形式可以访问这些成员。

下面的代码定义了一个Person类， 封装了人的name, age，还有一个自我介绍的hello() 方法。

class Person:

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

    def hello(self):
        print("Hello, my name is %s, i\'m %s years old" % (self.name, self.age))

# 封装到某处
person1 = Person("YouYuan Liu", 25)
person2 = Person("Jeo Chen", 38)

# 访问属性
print(person1.name)    # YouYuan Liu
print(person2.name)    # Jeo Chen

# 访问方法
person1.hello()        # Hello, my name is YouYuan Liu, i\'m 25 years old
person2.hello()        # Hello, my name is Jeo Chen, i\'m 38 years old 

2.1 封装到某处

当执行 person1 = Person("YouYuan Liu", 25)时，self 等于 person1，并把 "YouYuan Liu" 和 25 分别封装到了self/person1 的name和age中；
当执行 person2 = Person("Jeo Chen", 38)时，self 等于 person2， 并把 "Jeo Chen" 和 38 分别封装到了self/person1 的name和age中。

2.2 访问封装的内容

（1）访问属性

通过 对象.属性 的方式访问，如person1.name就是访问之前封装的person1这个对象的name属性，即"YouYuan Liu"。

（2）访问方法

通过 对象.方法  的方式访问，如person1.hello() 访问到了hello()方法，hello中调用了self.name 和self.age，实际上此处self=person1，通过self间接访问了属性。

3 继承性

3.1 单继承

继承性（Inheritance）是指，在某种情况下，一个类会有“子类”。子类比原本的类（称为父类）要更加具体化。例如上例 “人(Person)”这个类，它可能会有“男人类(Man)”、“女人类(Woman)”这两个子类。
子类会继承父类的属性和行为，并且也可包含它们自己的。如女人类(Woman)，会继承人(Person)的“姓名name”、“年龄age”以及“自我介绍hello()”等成员，也有自己独有的成员“生孩子birth_children()”。
下列代码演示了Python语法怎么实现继承：

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

    def hello(self):
        print("Hello, my name is %s, i\'m %s years old" % (self.name, self.age))

class Man(Person):
    def __init__(self, name, age):
        # 继承的第一种写法
        Person.__init__(self, name, age)

class Woman(Person):
    def __init__(self, name, age):
        # 继承的第二种写法
        super(Woman, self).__init__(name, age)

    def birth_children(self, p):
        print("[{}] birthed [{}]".format(self.name, p))

注意上述两种继承的写法。子类既继承了父类的所有成员，又有自己的独有成员：

man1 = Man("YouYuan Liu", 25)
woman1 = Woman("Jeo Chen", 38)
print(man1.name)     # YouYuan Liu
man1.hello()         # Hello, my name is YouYuan Liu, i\'m 25 years old
print(woman1.age)    # 38

woman1.birth_children("little Jeo")   # [Jeo Chen] birthed [little Jeo]

3.2 多继承

 继承是面向对象编程的一个重要的方式，因为通过继承，子类就可以扩展父类的功能。Python中是支持多重继承的，此处我们着重谈一下面试常考的多重继承顺序。

（1）在Python3中多继承

写下如下代码：

class A:
    def run(self):
        print("run A")

class B(A):
    def run(self):
        super(B, self).run()
        print("run B")

class C(A):
    def run(self):
        super(C, self).run()
        print("run C")

class D(B, C):
    def run(self):
        super(D, self).run()
        print("run D")

class E(B, C):
    pass

a = A()
b = B()
c = C()
d = D()
e = E()

接下来我们运行：

b.run()
# run A
# run B

这里不难理解，因为在class B 的run()方法中，显式地调用了其父类（class A）的run()方法，所以，会先执行类A的run()方法，然后再执行类B的run()方法。

那我们接着运行下面的代码：

d.run()  
# run A
# run C
# run B
# run D

这就有点难以理解了。按照我们“正常的思维”理解：调用D中的run()方法，不是应该找D的父类B的run()方法，然后B中的run()调用其父类A中的方法run()了吗，那么顺序应该是run A-->run B -->run D啊，这里第二个位置怎么多了个run C 呢？
这是为什么？为什么？Why？
这是因为Python3中的多继承是按照"广度优先"(Breadth-First Search)顺序继承的。什么是广度优先呢？我们将上面的A/B/C/D类继承关系画成一颗树：

 

广度优先，就意味着继承顺序变成了D ---> B ---> C ---> A。展开而言，当调用D中的run()，由于D中run()主动调用父级run()即B中run()；B中run()主动调用父级run()即C中run()；C中run()主动调用父级run()即A中run()。所以自然打印顺序就成了：

run A ---> run C ---> run B ---> run D

好了，那么思考一下下面的代码会打印什么呢，你能解释打印结果吗？

 e.run()

（2）Python2中的多继承

在Python2中，经典类和新式类的继承顺序不同，经典类是按照深度优先顺序，而新式类是按照广度优先的。
Python 2.x中默认都是经典类，只有显式继承了object才是新式类。

# python2.x中：

# 经典类 默认
class A:
    pass

# 新式类
class A(object):
    pass

Python 3.x中默认都是新式类，不必显式的继承object。

# python3.x中：

# 以下均是新式类
class A:
    pass

class A(object):
    pass

4 多态性

多态（Polymorphism）是指由继承而产生的相关的不同的类，其对象对同一消息会做出不同的响应。例如，狗和猫都有“叫()”这一方法，但是调用狗的“叫()”，狗会汪汪叫；调用猫的“叫()”，鸡则会喵喵叫。
在Python中崇尚鸭子类型：

class Dog(object):
    def talk(self):
        print("Wang wang!")

class Cat(object):
    def talk(self):
        print("Miao miao~~")

def animal_talk(obj):
    obj.talk()

dog = Dog()
cat = Cat()
animal_talk(dog)
animal_talk(cat)
# Wang wang!
# Miao miao~~

有种“一个接口，多种实现”的感觉。

5 面向对象的优势

（1）程序的解耦  （2）代码的可复用 性 （3）代码清晰，易于理解，便于维护。

假设现在我们要实现一个人的自我介绍，那么我们对比一下，不用面向对象，和用面向对象，有啥区别：

5.1 不用面向对象

def talk(name, age, city):
    print("I am {}, {} years old, from {}".format(name, age, city))

talk("Liu yi fei", 30, "BJ")
talk("Liu you yuan", 25, "HB")
talk("Jeo Chen", 38, "TW")

5.2 面向对象

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

    def talk(self):
        print("I am {}, {} years old, from {}".format(self.name, self.age, self.city))

obj1 = Person("Liu yi fei", 30, "BJ")
obj1.talk()
obj2 = Person("Liu you yuan", 25, "HB")
obj2.talk()
obj3 = Person("Jeo Chen", 38, "TW")
obj3.talk()

这样一看，不用面向对象似乎代码更短、更简洁？ 那为啥还要用面向对象？
但是， 我们想想啊，假设还有500个人，另外还有跑步run()，吃eat()，睡sleep()等10种方法。
不用面向对象的话，1个人的10中方法就会重复写10次:方法("name", "age", "city")了；而面向对象只需要写一次。当然这只是一个简单例子罢了，面向对象的优势远不止这些，在此不再多说。

6 小结

类： 对一类具有相同属性的对象的抽象，如哈士奇、金毛都可抽象为狗类。

对象：类的实例。狗类的一个实例，如我家的狗 buck。

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。