类与面向对象编程简介

类与面向对象编程简介

我们上一章介绍了函数，虽然函数在工作中的应用非常广泛，但仅靠函数还无法充分表达现实生活中复杂的实体和行为。因此，我们引入了面向对象编程（OOP）的概念，通过类来更好地抽象和表示现实世界中的事物。本文将详细介绍类的定义及其用法，帮助读者更好地理解和应用面向对象编程。

一、为什么选择面向对象编程？

面向对象编程（OOP）更加符合我们对客观世界的抽象和理解。在现实生活中，万事万物都可以被视为对象，每个对象都有其内在的属性和行为。例如：

• 小狗：品种、性别、年龄是它的属性；蹲下、奔跑、咬骨头是它的行为。
• 椅子：样式、质地是它的属性；坐下、站起来是它的行为。
• 信用卡：额度、归属银行是它的属性；消费、还款是它的行为。

通过面向对象编程，我们可以在计算机语言中构造具有属性和行为的对象，从而更直观地模拟现实世界。

二、类的定义

类是对象的载体，用于抽象一类对象的共同特征。类的定义包含三个要素：类名、属性和方法。

1. 类名

类名应具有实际意义，通常采用驼峰命名法（首字母大写，单词间无空格）。例如：

• Cat（猫）
• Car（汽车）

2. 属性

类的属性可以视为类内部的变量，通过__init__方法进行初始化。例如：

    def __init__(self, brand, model, year):
        self.brand = brand
        self.model = model
        self.year = year
        self.mileage = 0

3. 方法

类的方法类似于类内部的函数，用于定义对象的行为。例如：

    def get_info(self):
        print(f"Brand: {self.brand}, Model: {self.model}, Year: {self.year}")
    
    def get_mileage(self):
        return self.mileage

三、创建类的实例

定义好类后，可以通过类名和必要的初始化参数创建实例。例如：

print(my_car.brand)  # 输出: Audi
my_car.get_info()   # 输出: Brand: Audi, Model: A6, Year: 2018

四、修改类的属性

类的属性可以通过直接赋值或定义方法进行修改。例如：

print(my_car.get_mileage())  # 输出: 12000

def set_mileage(self, new_mileage):
    if new_mileage >= 0:
        self.mileage = new_mileage
    else:
        print("Mileage cannot be negative")

my_car.set_mileage(8000)
print(my_car.get_mileage())  # 输出: 8000

五、类的继承

类之间可以存在继承关系，子类可以继承父类的属性和方法，并可以添加新的属性和方法或重写父类的方法。例如：

    def __init__(self, brand, model, year, battery_capacity):
        super().__init__(brand, model, year)
        self.battery_capacity = battery_capacity
        self.battery_level = battery_capacity
        self.electric_to_distance_ratio = 5
        self.remaining_distance = self.battery_level * self.electric_to_distance_ratio
    
    def get_battery_level(self):
        print(f"Battery Level: {self.battery_level}")
    
    def set_battery_level(self, new_level):
        if 0 <= new_level <= self.battery_capacity:
            self.battery_level = new_level
            self.remaining_distance = self.battery_level * self.electric_to_distance_ratio
        else:
            print("Battery level out of range")
    
    def get_remaining_distance(self):
        print(f"Remaining Distance: {self.remaining_distance}")

my_electric_car = ElectricCar("Tesla", "Model S", 2022, 70)
my_electric_car.get_battery_level()  # 输出: Battery Level: 70
my_electric_car.set_battery_level(50)
my_electric_car.get_remaining_distance()  # 输出: Remaining Distance: 250

六、总结

面向对象编程通过类和对象的定义，使编程更加贴近现实世界的抽象和理解。类的定义包含类名、属性和方法，通过类可以创建实例并对其进行操作。类的继承使得代码复用更加高效，减少了重复劳动。

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习题

单选题

1. 为什么需要面向对象编程？

   • A. 因为面向对象编程可以减少代码量
   • B. 因为面向对象编程更加符合我们对客观世界的抽象与理解
   • C. 因为面向对象编程可以提高程序运行速度
   • D. 因为面向对象编程可以减少内存占用

   答案: B

2. 类的定义包含哪三个要素？

   • A. 类的名称、类的属性、类的方法
   • B. 类的名称、类的变量、类的函数
   • C. 类的属性、类的方法、类的实例
   • D. 类的名称、类的实例、类的函数

   答案: A

3. 类的命名推荐使用哪种命名法？

   • A. 下划线命名法
   • B. 驼峰命名法
   • C. 全部小写
   • D. 全部大写

   答案: B

4. 在类的定义中，__init__ 方法的作用是什么？

   • A. 定义类的方法
   • B. 初始化类的属性
   • C. 创建类的实例
   • D. 定义类的名称

   答案: B

5. 类的继承表示的是什么？

   • A. 子类可以继承父类的属性和方法
   • B. 父类可以继承子类的属性和方法
   • C. 类之间的属性和方法相互继承
   • D. 类之间的属性和方法不能继承

   答案: A

6. 子类如何调用父类的 __init__ 方法？

   • A. 使用 super().__init__()
   • B. 使用 parent().__init__()
   • C. 使用 self.__init__()
   • D. 使用 base().__init__()

   答案: A

7. 子类可以对父类的方法进行什么操作？

   • A. 删除
   • B. 修改
   • C. 重写
   • D. 添加

   答案: C

8. 类的实例化指的是什么？

   • A. 定义类的名称
   • B. 定义类的属性
   • C. 创建类的具体对象
   • D. 定义类的方法

   答案: C

9. 如何访问类的属性？

   • A. 实例名.属性名
   • B. 类名.属性名
   • C. 实例名[属性名]
   • D. 类名[属性名]

   答案: A

10. 如何调用类的方法？

    • A. 实例名.方法名()
    • B. 类名.方法名()
    • C. 实例名方法名
    • D. 类名方法名

    答案: A

判断题

1. 面向对象编程中的类是对象的载体。

   答案: 正确

2. 类的属性可以在类的外部进行修改。

   答案: 错误（类的属性通常在类的内部进行修改）

3. 子类继承父类后，父类的方法不能被修改。

   答案: 错误（子类可以重写父类的方法）

4. 类的继承表示的是底层抽象对高层抽象的继承。

   答案: 正确

5. 创建类的实例时，必须传递所有初始化参数。

   答案: 正确

填空题

1. 面向对象编程的核心概念是________，它具有属性和方法。

   答案: 对象

2. 类的命名推荐使用________命名法。

   答案: 驼峰

3. 类的属性可以通过________方法进行初始化。

   答案: init

4. 子类继承父类时，需要在子类的定义中加上________关键字。

   答案: super()

5. 类的继承表示的是底层抽象对________抽象的继承。

   答案: 高层

简答题

1. 简述面向对象编程的优点。

   答案: 面向对象编程的优点在于它更加符合我们对客观世界的抽象与理解。通过将现实世界中的对象抽象为类，每个类可以包含属性和方法，从而使得代码更加直观、易读、易维护。此外，面向对象编程支持继承、多态等特性，可以减少代码冗余，提高代码的复用性和扩展性。

2. 解释类的继承及其应用场景。

   答案: 类的继承是指一个类（子类）可以从另一个类（父类）继承属性和方法。通过继承，子类不仅可以使用父类已有的功能，还可以添加新的属性和方法，或者重写父类的方法。继承的应用场景包括：当多个类有共同的属性和方法时，可以通过定义一个父类来提取这些共同特征，从而减少代码冗余；当需要扩展已有类的功能时，可以通过继承并添加新的特性来实现，而不必重新编写整个类。

3. 什么是多态？请举例说明。

   答案: 多态是指同一个方法在不同类中有不同的实现。例如，假设我们有一个父类 Animal 和两个子类 Dog 和 Cat，它们都继承了 Animal 类中的 make_sound 方法。在 Dog 类中，make_sound 方法输出“汪汪”，而在 Cat 类中，make_sound 方法输出“喵喵”。当我们调用 make_sound 方法时，具体的输出取决于对象的实际类型，这就是多态的体现。

4. 简述类的实例化过程。

   答案: 类的实例化是指根据类的定义创建具体的对象。具体步骤如下：首先，定义类的名称和属性；其次，通过 __init__ 方法初始化类的属性；最后，使用类名加括号并传递必要的初始化参数来创建类的实例。创建的实例可以访问类的属性和方法，从而实现对对象的操作。

5. 如何修改类的属性？请给出两种方法。

   答案: 修改类的属性有两种常见方法：

   1. 直接修改：通过实例名.属性名 = 新值 的方式直接修改属性的值。
   2. 间接修改：通过定义类的方法来修改属性的值，例如定义一个 set_attribute 方法，调用该方法时传递新的属性值，从而实现属性的修改。

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题目一：银联信用卡类的定义

根据文中描述，构造一个银联信用卡类 UnionPayCreditCard，该类应具有如下属性和方法：

• 属性：

  • 顾客姓名 (name)
  • 授信额度 (amount)
  • 当前额度 (current_amount)
  • 单次刷卡上限 (single_limit)

• 方法：

  • 获取各属性值的方法 (get_name, get_amount, get_current_amount, get_single_limit)
  • 修改授信额度的方法 (modify_amount)
  • 修改单次刷卡上限的方法 (modify_single_limit)
  • 刷卡方法 (make_payment)，该方法需检查消费金额是否超过单次刷卡上限及是否有足够额度，若符合条件则扣除相应额度并打印消费信息，否则提示消费失败。

答案：

definition UnionPayCreditCard:
def init(self, name, amount, current_amount, single_limit):
self.name = name
self.amount = amount
self.current_amount = current_amount
self.single_limit = single_limit

def get_name(self):
return self.name

def get_amount(self):
return self.amount

def get_current_amount(self):
return self.current_amount

def get_single_limit(self):
return self.single_limit

def modify_amount(self, new_amount):
temp = self.amount
self.amount = new_amount
print(“你的消费额度已改为:”, new_amount)
return temp

def modify_single_limit(self, new_single_limit):
self.single_limit = new_single_limit
return self.single_limit

def make_payment(self, cost):
if cost <= self.single_limit and cost <= self.current_amount:
self.current_amount -= cost
print(“你本次消费了”, cost, “元，剩余额度应当为”, self.current_amount, “元”)
else:
print(“你的消费金额无法支付，请检查你的信用额度”)

题目二：中国银行信用卡类的定义

基于银联信用卡类，创建一个继承自 UnionPayCreditCard 类的 BOCCreditCard 类，该类新增如下属性和方法：

• 新增属性：

  • 积分 (integral)
  • 优惠店铺列表 (discount_shops)

• 新增方法：

  • 获取积分的方法 (get_integral)
  • 设置优惠店铺的方法 (set_discount_shop)
  • 重写刷卡方法 (make_payment)，该方法在特定优惠店铺消费可享受九五折优惠，并获得相应积分，同时打印消费详情，包括优惠金额、获得积分及现有积分总数。

答案：

definition BOCCreditCard(UnionPayCreditCard):
def init(self, name, amount, current_amount, single_limit):
super().init(name, amount, current_amount, single_limit)
self.integral = 0
self.discount_shops = [“ShopA”, “ShopB”]

def get_integral(self):
return self.integral

def set_discount_shop(self, shop_name):
self.discount_shops.append(shop_name)

def make_payment(self, cost, shop_name):
if shop_name in self.discount_shops:
cost = 0.95
self.integral += int(cost * 0.1)
print(“你本次消费”, cost, “元，优惠了”, cost0.05, “元，获得积分”, int(cost*0.1), “分，已有积分”, self.integral, “分”)
super().make_payment(cost)
else:
super().make_payment(cost)

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