面向对象程序设计 – Will の Blog

面向对象概述

面向对象 ( Object Oriented ) 的英文缩写是 OO ，它是一种设计思想。从20世纪60年代提出面向对象的概念到现在，它已经发展成为一种比较成熟的编程思想，并且逐步成为目前软件开发领域的主流技术。如我们经常听说的面向对象编程 (Object Oriented Programming , OOP ) 就是主要针对大型软件设计而提出的，它可以使软件设计更加灵活，并且能更好地进行代码复用。
面向对象中的对象 (Object) 通常是指客观世界中存在的对象，这个对象具有唯一性，对象之间各不相同，各有各的特点，每一个对象都有自己的运动规律和内部状态；对象与对象之间又是可以相互联系、相互作用的。另外，对象也可以是一个抽象的事物，例如，可以从圆形、正方形、三角形等图形中抽象出一个简单图形，简单图形就是一个对象，它有自己的属性和行为，图形中边的个数是它的属性，图形的面积也是它的属性，输出图形的面积就是它的行为。概括地讲，面向对象技术是一种从组织结构上模拟客观世界的方法。

对象

对象是一个抽象概念，英文称作 ” Object “，表示任意存在的事物。世间万物皆对象！在现实世界中，随处可见的一种事物就是对象，对象是事物存在的实体，如一个人。
通常将对象划分为两个部分，即静态部分与动态部分。静态部分被称为”属性”，任何对分指的是对象的行为，即对象执行的动作，如人可以行走。任何对象都具备自身属性，这些属性不仅是客观存在的，而且是不能被忽视的，如人的性别；动态部分指的是对象的行为，即对象执行的动作，如人可以行走。

说明：在 Python 中，一切都是对象，即不仅把具体的事物称为对象，字符串、函数等也都是对象。这说明 Python 天生就是面向对象的。

类

类是封装对象的属性和行为的载体，反过来说具有相同属性和行为的一类实体被称为类。例如，把雁群比作大雁类，那么大雁类就具备了喙、翅膀和爪等属性，觅食、飞行和睡觉等行为，而一只要从北方飞往南方的大雁则被视为大雁类的一个对象。
在 Python 语言中，类是一种抽象概念，如定义一个大雁类 ( Geese )，在该类中，可以定义每个对象共有的属性和方法；而一只要从北方飞往南方的大雁则是大雁类的一个对象 ( wildGeese )，对象是类的实例。有关类的具体实现将在之后进行详细介绍。

面向对象程序设计的特点

面向对象程序设计具有三大基本特征：封装、继承和多态，下面分别进行描述。

1．封装

封装是面向对象编程的核心思想，将对象的属性和行为封装起来，其载体就是类，类通常会对客户隐藏其实现细节，这就是封装的思想。例如，用户使用计算机，只需要使用手指敲击键盘就可以实现一些功能，而无须知道计算机内部是如何工作的。
采用封装思想保证了类内部数据结构的完整性，使用该类的用户不能直接看到类中的数据结构，而只能执行类允许公开的数据，这样就避免了外部对内部数据的影响，提高了程序的可维护性。

2．继承

矩形、菱形、平行四边形和梯形等都是四边形。因为四边形与它们具有共同的特征：拥有4个边。只要将四边形适当延伸，就会得到上述图形。以平行四边形为例，如果把平行四边形看作四边形的延伸，那么平行四边形就复用了四边形的属性和行为，同时添加了平行四边形特有的属性和行为，如平行四边形的对边平行且相等。在 Python 中，可以把平行四边形类看作是继承四边形类后产生的类，其中，将类似于平行四边形的类称为子类，将类似于四边形的类称为父类或超类。值得注意的是，在阐述平行四边形和四边形的关系时，可以说平行四边形是特殊的四边形，但不能说四边形是平行四边形。同理， Python 中可以说子类的实例都是父类的实例，但不能说父类的实例是子类的实例。
综上所述，继承是实现重复利用的重要手段，子类通过继承复用了父类的属性和行为的同时，又添加了子类特有的属性和行为。

3．多态

将父类对象应用于子类的特征就是多态。例如，创建一个螺丝类，螺丝类有两个属性：粗细和螺纹密度；然后再创建两个类，一个是长螺丝类，另一个是短螺丝类，并且它们都继承了螺丝类。这样长螺丝类和短螺丝类不仅具有相同的特征（粗细相同，且螺纹密度也相同），还具有不同的特征（一个长，一个短，长的可以用来固定大型支架，短的可以固定生活中的家具）。综上所述，一个螺丝类衍生出不同的子类，子类继承父类特征的同时，也具备了自己的特征，并且能够实现不同的效果，这就是多态化的结构。

类的定义和使用

在 Python 中，类表示具有相同属性和方法的对象的集合。在使用类时，需要先定义类，然后再创建类的实例，通过类的实例就可以访问类中的属性和方法了。下面进行具体介绍。

定义类

在 Python 中，类的定义使用 class 关键字来实现，语法如下：

class ClassName :
        '''类的帮助信息'''                       ＃类文档字符串 
        statement                               ＃类体

参数说明如下。

ClassName：用于指定类名，一般使用大写字母开头，如果类名中包括两个单词，第二个单词的首字母也大写，这种命名方法也称为”驼峰式命名法”，这是惯例。当然，也可根据自己的习惯命名，但是一般推荐按照惯例来命名。
”’类的帮助信息”’：用于指定类的文档字符串，定义该字符串后，在创建类的对象时，输入类名和左侧的括号”(“后，将显示该信息。
statement：类体，主要由类变量（或类成员）、方法和属性等定义语句组成。如果在定义类时，没想好类的具体功能，也可以在类体中直接使用 pass 语句代替。

例如，下面以大雁为例声明一个类，代码如下：

01 class Geese :
02        '''大雁类'''
03        pass

创建类的实例

定义完类后，并不会真正创建一个实例，这有点像一个汽车的设计图，设计图可以告诉你汽车看上去怎么样，但设计图本身不是一个汽车。你不能开走它，它只能用来建造真正的汽车，而且可以使用它制造很多汽车。那么如何创建实例呢？
class 语句本身并不创建类的任何实例，所以在类定义完成以后，可以创建类的实例，即实例化类的对象。创建类的实例的语法如下：

 ClassName (parameterlist)

其中， ClassName 是必选参数，用于指定具体的类； parameterlist 是可选参数，当创建一个类时，没有创建_init_ ()方法（该方法将在之后进行详细介绍），或者_init_ ()方法只有一个 self 参数时， parameterlist 可以省略。

例如，创建9.2.1节定义的 Geese 类的实例，可以使用下面的代码：

01 wildGoose = Geese ()    #创建大雁类的实例
02 print ( wildGoose )

执行上面代码后，将显示类似下面的内容：

< main . Geese object at 0x0000000002F47AC8>

从上面的执行结果中可以看出， wildGoose 是 Geese 类的实例。

注意：在 Python 中创建实例不使用 new 关键字，这是它与其他面向对象语言的区别。

创建_init_ ()方法

在创建类后，类通常会自动创建一个_init_ ()方法，该方法是一个特殊的方法，类似 Java 语言中的构造方法。每当创建一个类的新实例时， Python 都会自动执行它。_init_ ()方法必须包含一个 self 参数，并且必须是第一个参数。 self 参数是一个指向实例本身的引用，用于访问类中的属性和方法。在方法调用时会自动传递实际参数 self 。因此，当_init_ ()方法只有一个参数时，在创建类的实例时，就不需要指定实际参数了。

说明：在 _init_ ()方法的名称中，开头和结尾处是两个下画线（中间没有空格），这是一种约定，旨在区分 Python 默认方法和普通方法。

例如，下面仍然以大雁为例声明一个类，并且创建 _init_ () 方法，代码如下：

01 class Geese :
02        '''大雁类'''
03        def _init_ (self):                              ＃构造方法
04               print ("我是大雁类！")
05 wildGoose = Geese ()                         ＃创建大雁类的实例

运行上面的代码，将输出以下内容：我是大雁类！

从上面的运行结果中可以看出，在创建大雁类的实例时，虽然没有为_init_ ()方法指定参数，但是该方法会自动执行。

常见错误

在为类创建_init_ ()方法时，在开发环境中运行下面的代码：

01 class Geese :大雁类
02       '''大雁类'''
03       def _init_():                                  ＃构造方法
04               print ("我是大雁类！")
05 wildGoose = Geese ()                    #创建大雁类的实例

在_init_ ()方法中，除了 self 参数外，还可以自定义一些参数，参数间使用逗号”,”进行分隔。例如，下面的代码将在创建_init_ ()方法时，再指定3个参数，分别是 beak、wing 和 claw 。

01 class Geese:
02        '''大雁类'''
03        def _init_( self , beak , wing , claw ):                                        ＃构造方法
04                print ("我是大雁类！我有以下特征：")                            
05                print ( beak )                                                                                 ＃输出喙的特征                                                                       
06                print ( wing )                                                                                 #输出翅膀的特征
07                print ( claw )                                                                                 #输出爪子的特征
08 beak_1="喙的基部较高，长度和头部的长度几乎相等"                   ＃喙的特征
09 wing_1="翅膀长而尖"                                                                                ＃翅膀的特征
10 claw_1="爪子是蹼状的"                                                                             ＃爪子的特征
11 wildGoose = Geese ( beak_1, wing_1, claw_1)                             ＃创建大雁类的实例

执行上面的代码，将显示下面所示的运行结果。

我是大雁类！我有以下特征： 
喙的基部较高，长度和头部的长度几乎相等
翅膀长而尖
爪子是蹼状的