Python OOP 入门：轻松掌握封装、继承和多态

Python 面向对象基础部分

原文出处: 武沛齐 cnblog

概述

  • 面向过程：根据业务逻辑从上到下写垒代码
  • 函数式：将某功能代码封装到函数中，日后便无需重复编写，仅调用函数即可
  • 面向对象：对函数进行分类和封装，让开发“更快更好更强…”

面向过程编程最易被初学者接受，其往往用一长段代码来实现指定功能，开发过程中最常见的操作就是粘贴复制，即：将之前实现的代码块复制到现需功能处。

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while True：
    if cpu 利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

随着时间的推移，开始使用了函数式编程，增强代码的重用性和可读性，就变成了这样

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def 发送邮件 (内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接

while True：
    if cpu 利用率 > 90%:
        发送邮件 ('CPU报警')

    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件 ('硬盘报警')

    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件 ('内存报警')

今天我们来学习一种新的编程方式：面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）

创建类和对象

面向对象编程是一种编程方式，此编程方式的落地需要使用 “类” 和 “对象” 来实现，所以，面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。

类就是一个模板，模板里可以包含多个函数，函数里实现一些功能

对象则是根据模板创建的实例，通过实例对象可以执行类中的函数 20241229154732_wkz3JL10.webp

  • class 是关键字，表示类
  • 创建对象，类名称后加括号即可

ps：类中的函数第一个参数必须是 self（详细见：类的三大特性之封装）
类中定义的函数叫做 “方法”

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# 创建类
class Foo:
    def Bar(self):
        print 'Bar'

    def Hello(self, name):
        print 'i am %s' %name

# 根据类 Foo 创建对象 obj
obj = Foo()
obj.Bar()            #执行 Bar 方法
obj.Hello('wupeiqi') #执行 Hello 方法

  • 诶，你在这里是不是有疑问了？使用函数式编程和面向对象编程方式来执行一个“方法”时函数要比面向对象简便

    • 面向对象：【创建对象】【通过对象执行方法】
    • 函数编程：【执行函数】

观察上述对比答案则是肯定的，然后并非绝对，场景的不同适合其的编程方式也不同。

总结：函数式的应用场景 –> 各个函数之间是独立且无共用的数据

面向对象三大特性

面向对象的三大特性是指：封装、继承和多态。

封装

封装，顾名思义就是将内容封装到某个地方，以后再去调用被封装在某处的内容。

所以，在使用面向对象的封装特性时，需要：

  • 将内容封装到某处
  • 从某处调用被封装的内容

第一步：将内容封装到某处 20241229154732_KUELWY3L.webp

self 是一个形式参数

当执行 obj1 = Foo(‘wupeiqi’, 18) 时，self 等于 obj1

当执行 obj2 = Foo(‘alex’, 78) 时，self 等于 obj2

所以，内容其实被封装到了对象 obj1 和 obj2 中，每个对象中都有 name 和 age
属性，在内存里类似于下图来保存。20241229154732_CaGPuPCm.webp

第二步：从某处调用被封装的内容

调用被封装的内容时，有两种情况：

  • 通过对象直接调用
  • 通过 self 间接调用

1、通过对象直接调用被封装的内容

上图展示了对象 obj1 和 obj2 在内存中保存的方式，根据保存格式可以如此调用被封装的内容：对象. 属性名

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class Foo:

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

obj1 = Foo('wupeiqi', 18)
print obj1.name    # 直接调用 obj1 对象的 name 属性
print obj1.age     # 直接调用 obj1 对象的 age 属性

obj2 = Foo('alex', 73)
print obj2.name    # 直接调用 obj2 对象的 name 属性
print obj2.age     # 直接调用 obj2 对象的 age 属性

2、通过 self 间接调用被封装的内容

执行类中的方法时，需要通过 self 间接调用被封装的内容

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class Foo:

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

    def detail(self):
        print self.name
        print self.age

obj1 = Foo('wupeiqi', 18)
obj1.detail()# Python 默认会将 obj1 传给 self 参数，即：obj1.detail(obj1)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj1，即：self.name 是 wupeiqi ；self.age 是 18

obj2 = Foo('alex', 73)
obj2.detail()# Python 默认会将 obj2 传给 self 参数，即：obj1.detail(obj2)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj2，即：self.name 是 alex ； self.age 是 78

综上所述，对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中，然后通过对象直接或者 self 间接获取被封装的内容。

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练习一：在终端输出如下信息

小明，10 岁，男，上山去砍柴
小明，10 岁，男，开车去东北
小明，10 岁，男，最爱大保健
老李，90 岁，男，上山去砍柴
老李，90 岁，男，开车去东北
老李，90 岁，男，最爱大保健
老张...
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def kanchai(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(name, age, gender)

def qudongbei(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,开车去东北" %(name, age, gender)

def dabaojian(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(name, age, gender)

kanchai('小明', 10, '男')
qudongbei('小明', 10, '男')
dabaojian('小明', 10, '男')

kanchai('老李', 90, '男')
qudongbei('老李', 90, '男')
dabaojian('老李', 90, '男')
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class Foo:

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

    def kanchai(self):
        print "%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(self.name, self.age, self.gender)

    def qudongbei(self):
        print "%s,%s岁,%s,开车去东北" %(self.name, self.age, self.gender)

    def dabaojian(self):
        print "%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(self.name, self.age, self.gender)

xiaoming = Foo('小明', 10, '男')
xiaoming.kanchai()
xiaoming.qudongbei()
xiaoming.dabaojian()

laoli = Foo('老李', 90, '男')
laoli.kanchai()
laoli.qudongbei()
laoli.dabaojian()
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练习二：游戏人生程序

1、创建三个游戏人物，分别是：

苍井井，女，18，初始战斗力 1000
东尼木木，男，20，初始战斗力 1800
波多多，女，19，初始战斗力 2500
2、游戏场景，分别：

草丛战斗，消耗 200 战斗力
自我修炼，增长 100 战斗力
多人游戏，消耗 500 战斗力
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# -*- coding:utf-8 -*-

# #####################  定义实现功能的类  #####################

class Person:

    def __init__(self, na, gen, age, fig):
        self.name = na
        self.gender = gen
        self.age = age
        self.fight =fig

    def grassland(self):
        """注释：草丛战斗，消耗200战斗力"""

        self.fight = self.fight - 200

    def practice(self):
        """注释：自我修炼，增长100战斗力"""

        self.fight = self.fight + 200

    def incest(self):
        """注释：多人游戏，消耗500战斗力"""

        self.fight = self.fight - 500

    def detail(self):
        """注释：当前对象的详细情况"""

        temp = "姓名:%s ; 性别:%s ; 年龄:%s ; 战斗力:%s"  % (self.name, self.gender, self.age, self.fight)
        print temp

# #####################  开始游戏  #####################

cang = Person('苍井井', '女', 18, 1000)    # 创建苍井井角色
dong = Person('东尼木木', '男', 20, 1800)  # 创建东尼木木角色
bo = Person('波多多', '女', 19, 2500)      # 创建波多多角色

cang.incest() #苍井空参加一次多人游戏
dong.practice()# 东尼木木自我修炼了一次
bo.grassland() #波多多参加一次草丛战斗

#输出当前所有人的详细情况
cang.detail()
dong.detail()
bo.detail()

cang.incest() #苍井空又参加一次多人游戏
dong.incest() #东尼木木也参加了一个多人游戏
bo.practice() #波多多自我修炼了一次

#输出当前所有人的详细情况
cang.detail()
dong.detail()
bo.detail()

继承

继承，面向对象中的继承和现实生活中的继承相同，即：子可以继承父的内容。

例如：

猫可以：喵喵叫、吃、喝、拉、撒

狗可以：汪汪叫、吃、喝、拉、撒

如果我们要分别为猫和狗创建一个类，那么就需要为 猫 和 狗 实现他们所有的功能，如下所示：

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class 猫：

    def 喵喵叫 (self):
        print '喵喵叫'

    def 吃 (self):
        # do something

    def 喝 (self):
        # do something

    def 拉 (self):
        # do something

    def 撒 (self):
        # do something

class 狗：

    def 汪汪叫 (self):
        print '喵喵叫'

    def 吃 (self):
        # do something

    def 喝 (self):
        # do something

    def 拉 (self):
        # do something

    def 撒 (self):
        # do something

上述代码不难看出，吃、喝、拉、撒是猫和狗都具有的功能，而我们却分别的猫和狗的类中编写了两次。如果使用 继承 的思想，如下实现：

动物：吃、喝、拉、撒

猫：喵喵叫（猫继承动物的功能）

狗：汪汪叫（狗继承动物的功能）

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class 动物:

    def 吃 (self):
        # do something

    def 喝 (self):
        # do something

    def 拉 (self):
        # do something

    def 撒 (self):
        # do something

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 猫 (动物)：

    def 喵喵叫 (self):
        print '喵喵叫'

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 狗 (动物)：

    def 汪汪叫 (self):
        print '喵喵叫'
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class Animal:

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

    def drink(self):
        print "%s 喝 " %self.name

    def shit(self):
        print "%s 拉 " %self.name

    def pee(self):
        print "%s 撒 " %self.name

class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '猫'

    def cry(self):
        print '喵喵叫'

class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '狗'

    def cry(self):
        print '汪汪叫'

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.eat()

所以，对于面向对象的继承来说，其实就是将多个类共有的方法提取到父类中，子类仅需继承父类而不必一一实现每个方法。

  • 注：除了子类和父类的称谓，你可能看到过 派生类 和 基类 ，他们与子类和父类只是叫法不同而已。20241229154732_M6gkWMir.webp

学习了继承的写法之后，我们用代码来是上述阿猫阿狗的功能：

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class Animal:

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

    def drink(self):
        print "%s 喝 " %self.name

    def shit(self):
        print "%s 拉 " %self.name

    def pee(self):
        print "%s 撒 " %self.name

class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '猫'

    def cry(self):
        print '喵喵叫'

class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '狗'

    def cry(self):
        print '汪汪叫'

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.eat()

那么问题又来了，多继承呢？

  • 是否可以继承多个类
  • 如果继承的多个类每个类中都定了相同的函数，那么那一个会被使用呢？

1、Python 的类可以继承多个类，Java 和 C# 中则只能继承一个类

2、Python 的类如果继承了多个类，那么其寻找方法的方式有两种，分别是：深度优先 和 广度优先 20241229154732_C3em8waV.webp

  • 当类是经典类时，多继承情况下，会按照深度优先方式查找
  • 当类是新式类时，多继承情况下，会按照广度优先方式查找

经典类和新式类，从字面上可以看出一个老一个新，新的必然包含了跟多的功能，也是之后推荐的写法，从写法上区分的话，如果当前类或者父类继承了 object
类，那么该类便是新式类，否则便是经典类。20241229154732_AOCRysi0.webp

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class D:

    def bar(self):
        print 'D.bar'

class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'

class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'

class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行 bar 方法时
# 首先去 A 类中查找，如果 A 类中没有，则继续去 B 类中找，如果 B 类中么有，则继续去 D 类中找，如果 D 类中么有，则继续去 C 类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> D --> C
# 在上述查找 bar 方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()
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class D(object):

    def bar(self):
        print 'D.bar'

class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'

class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'

class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行 bar 方法时
# 首先去 A 类中查找，如果 A 类中没有，则继续去 B 类中找，如果 B 类中么有，则继续去 C 类中找，如果 C 类中么有，则继续去 D 类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> C --> D
# 在上述查找 bar 方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

经典类：首先去 A 类中查找，如果 A 类中没有，则继续去 B 类中找，如果 B 类中么有，则继续去 D 类中找，如果 D 类中么有，则继续去 C
类中找，如果还是未找到，则报错

新式类：首先去 A 类中查找，如果 A 类中没有，则继续去 B 类中找，如果 B 类中么有，则继续去 C 类中找，如果 C 类中么有，则继续去 D
类中找，如果还是未找到，则报错

注意：在上述查找过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了

多态

Pyhon 不支持多态并且也用不到多态，多态的概念是应用于 Java 和 C# 这一类强类型语言中，而 Python 崇尚“鸭子类型”。

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class F1:
    pass

class S1(F1):

    def show(self):
        print 'S1.show'

class S2(F1):

    def show(self):
        print 'S2.show'

# 由于在 Java 或 C# 中定义函数参数时，必须指定参数的类型
# 为了让 Func 函数既可以执行 S1 对象的 show 方法，又可以执行 S2 对象的 show 方法，所以，定义了一个 S1 和 S2 类的父类
# 而实际传入的参数是：S1 对象和 S2 对象

def Func(F1 obj):
    """Func函数需要接收一个F1类型或者F1子类的类型"""

    print obj.show()

s1_obj = S1()
Func(s1_obj) # 在 Func 函数中传入 S1 类的对象 s1_obj，执行 S1 的 show 方法，结果：S1.show

s2_obj = S2()
Func(s2_obj) # 在 Func 函数中传入 Ss 类的对象 ss_obj，执行 Ss 的 show 方法，结果：S2.show
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class F1:
    pass

class S1(F1):

    def show(self):
        print 'S1.show'

class S2(F1):

    def show(self):
        print 'S2.show'

def Func(obj):
    print obj.show()

s1_obj = S1()
Func(s1_obj)

s2_obj = S2()
Func(s2_obj)

总结

以上就是本节对于面向对象初级知识的介绍，总结如下：

  • 面向对象是一种编程方式，此编程方式的实现是基于对** 类 和 对象 **的使用
  • 类 是一个模板，模板中包装了多个“函数”供使用
  • 对象，根据模板创建的实例（即：对象），实例用于调用被包装在类中的函数
  • 面向对象三大特性：封装、继承和多态

问答专区

问题一：什么样的代码才是面向对象

  • 答：从简单来说，如果程序中的所有功能都是用 类 和 对象 来实现，那么就是面向对象编程了。

问题二：函数式编程 和 面向对象 如何选择？分别在什么情况下使用？

  • 答：须知：对于 C# 和 Java 程序员来说不存在这个问题，因为该两门语言只支持面向对象编程（不支持函数式编程）。而对于 Python 和 PHP
    等语言却同时支持两种编程方式，且函数式编程能完成的操作，面向对象都可以实现；而面向对象的能完成的操作，函数式编程不行（函数式编程无法实现面向对象的封装功能）。

  • 所以，一般在 Python 开发中，全部使用面向对象或面向对象和函数式混合使用

  • 面向对象的应用场景:

  1. **多函数需使用共同的值，如：数据库的增、删、改、查操作都需要连接数据库字符串、主机名、用户名和密码 **
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class SqlHelper:

  def __init__(self, host, user, pwd):

      self.host = host
      self.user = user
      self.pwd = pwd

  def 增 (self):
      # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
      # do something
      # 关闭数据库连接

  def 删 (self):
      # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
      # do something
      # 关闭数据库连接

  def 改 (self):
      # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
      # do something
      # 关闭数据库连接

  def 查 (self):
  # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
      # do something
      # 关闭数据库连接# do something
  ```

2. * 需要创建多个事物，每个事物属性个数相同，但是值的需求 *
  **如：张三、李四、杨五，他们都有姓名、年龄、血型，但其都是不相同。即：属性个数相同，但值不相同**

```python
 class Person:

  def __init__(self, name ,age ,blood_type):

      self.name = name
      self.age = age
      self.blood_type = blood_type

  def detail(self):
      temp = "i am %s, age %s , blood type %s " % (self.name, self.age, self.blood_type)
      print temp

zhangsan = Person('张三', 18, 'A')
lisi = Person('李四', 73, 'AB')
yangwu = Person('杨五', 84, 'A')

问题三：类和对象在内存中是如何保存？

答：_ 类以及类中的方法在内存中只有一份，而根据类创建的每一个对象都在内存中需要存一份，大致如下图：_

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  • 如上图所示，根据类创建对象时，对象中除了封装 name 和 age 的值之外，还会保存一个 **类对象指针 **，该值指向当前对象的类。

  • 当通过 obj1 执行 【方法一】 时，过程如下

  1. 根据当前对象中的 类对象指针 找到类中的方法
  2. 将对象 obj1 当作参数传给 方法的第一个参数 self