Python零基础入门（五）：面向对象编程（OOP）入门-优快云博客

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1. 引言：编程中的“模型”

在《Python零基础入门（四）：函数与模块——让代码更简洁、复用性更强-优快云博客》文章中，我们知道了如何通过函数和模块来组织代码，让代码更加简洁、清晰并且便于复用。而今天，将进入编程中另一个非常重要的概念——面向对象编程（OOP）。

1.1 什么是面向对象编程（OOP）？

简单来说，面向对象编程是一种模拟现实世界的编程方式。在现实生活中，我们周围的一切都是对象：如“车”有颜色、品牌，“人”有姓名、年龄，甚至有“行为”如开车、走路。我们将这些“对象”的数据（例如：颜色、姓名等）和“行为”（例如：开车、走路等）封装在一起，进行管理，这就是面向对象编程的核心思想。

今天，我们将从最基础的OOP概念开始探索，并理解类（Class）、对象（Object）、方法（Method）、属性（Attribute），从而学会如何用Python实现封装、继承和多态这三大OOP特性。

2. OOP基础

2.1 类与对象是什么？

类（Class） 是一个模板或蓝图，用来定义一个对象的特征和行为。类就像现实生活中的一种抽象描述。例如，“车”是一个类，我们可以从这个类创建出具体的对象，比如“奔驰车”或“宝马车”。
对象（Object） 是类的实例，代表现实世界中的一个具体对象。每一个对象都是通过类创建的。

举个简单例子，我们可以通过“人”这个类创建不同的“人”对象，比如“张三”和“李四”就是“人”类的不同对象。

示例：创建一个简单的“车”类

class Car:
    def __init__(self, color, brand):
        self.color = color  # 车的颜色
        self.brand = brand  # 车的品牌

    def drive(self):
        print(f"{self.brand}的车正在开动！")

    def stop(self):
        print(f"{self.brand}的车已停下。")

解释：

class Car:：定义一个名为 Car 的类。
def __init__(self, color, brand):：__init__ 是类的构造方法，它在创建对象时会自动执行，用来初始化对象的属性。self.color 和 self.brand 是车的颜色和品牌属性。
def drive(self): 和 def stop(self):：这是 Car 类的方法，分别表示车的行为——开动和停下。

2.2 创建对象

通过类，我们可以创建具体的对象。每个对象都具备类中定义的属性和方法。

my_car = Car("红色", "奔驰")  # 创建一个名为my_car的对象，颜色为红色，品牌为奔驰
my_car.drive()  # 输出：奔驰的车正在开动！
my_car.stop()   # 输出：奔驰的车已停下。

解释：

my_car = Car("红色", "奔驰")：我们通过 Car 类创建了一个 my_car 对象，颜色为“红色”，品牌为“奔驰”。
my_car.drive()：调用 my_car 对象的 drive 方法，模拟车的开动。
my_car.stop()：调用 my_car 对象的 stop 方法，模拟车的停下。

3. 封装

封装是面向对象编程的一个重要特性，它指的是将对象的属性（数据）和方法（功能）封装到一个类中。这样做的好处是，外界不能直接修改对象的属性，只能通过类提供的方法来操作这些数据。

示例：封装汽车的速度属性

class Car:
    def __init__(self, color, brand, speed=0):
        self.color = color
        self.brand = brand
        self.speed = speed  # 初始化速度属性

    def drive(self):
        self.speed += 10  # 每次开动，速度增加10
        print(f"{self.brand}的车正在开动，当前速度：{self.speed} km/h")

    def stop(self):
        self.speed = 0  # 停车时速度归零
        print(f"{self.brand}的车已停下，当前速度：{self.speed} km/h")

3.1 使用封装的实例

my_car = Car("红色", "奔驰")
my_car.drive()  # 输出：奔驰的车正在开动，当前速度：10 km/h
my_car.drive()  # 输出：奔驰的车正在开动，当前速度：20 km/h
my_car.stop()   # 输出：奔驰的车已停下，当前速度：0 km/h

解释：

这里的 speed 属性是封装在 Car 类中的，我们通过 drive() 和 stop() 方法来间接访问和修改 speed，这样外部程序无法直接修改它，避免了不小心修改数据的风险。

4. 继承

继承是面向对象编程中的一个重要概念，允许我们通过已有的类（父类）创建新类（子类），新类可以继承父类的属性和方法。通过继承，我们可以重用父类的代码，还能扩展或修改父类的功能。

示例：通过继承扩展 Car 类，创建 ElectricCar 类

class ElectricCar(Car):
    def __init__(self, color, brand, battery_size=100):
        super().__init__(color, brand)  # 调用父类的构造方法
        self.battery_size = battery_size  # 新增电池容量属性

    def charge(self):
        print(f"{self.brand}的电动车正在充电，电池容量：{self.battery_size} kWh")

4.1 使用继承的实例

my_electric_car = ElectricCar("蓝色", "特斯拉")
my_electric_car.drive()  # 输出：特斯拉的车正在开动，当前速度：10 km/h
my_electric_car.charge()  # 输出：特斯拉的电动车正在充电，电池容量：100 kWh

解释：

ElectricCar 类继承了 Car 类，因此它也拥有 Car 类中的 color、brand 和 speed 属性，以及 drive() 和 stop() 方法。
我们还为 ElectricCar 类新增了 battery_size 属性和 charge() 方法，用于表示电池容量和充电功能。

5. 多态

多态是指不同的对象可以通过相同的方法名做出不同的响应。简单来说，不同的对象可以通过同一个方法名执行不同的操作。

示例：通过继承和多态重写 greet 方法

class Person:
    def greet(self):
        print("你好！")

class Student(Person):
    def greet(self):
        print("你好，我是学生！")

class Teacher(Person):
    def greet(self):
        print("你好，我是老师！")

# 创建不同类型的对象
person = Person()
student = Student()
teacher = Teacher()

person.greet()  # 输出：你好！
student.greet()  # 输出：你好，我是学生！
teacher.greet()  # 输出：你好，我是老师！

解释：

Person 类、Student 类和 Teacher 类都有一个 greet 方法。尽管方法名相同，但不同对象的表现不同，这就是多态。
student.greet() 输出学生的问候语，而 teacher.greet() 输出教师的问候语。

6. 实际小练习

通过上面的OOP概念，我们来构建一个简单的角色管理系统。这个系统能够管理不同角色的基本信息，例如学生、教师和管理员。

6.1 创建 `Role` 类和不同角色的子类

class Role:
    def __init__(self, name, role_type):
        self.name = name
        self.role_type = role_type

    def show_info(self):
        print(f"姓名：{self.name}，角色类型：{self.role_type}")

class Student(Role):
    def __init__(self, name, grade):
        super().__init__(name, "学生")
        self.grade = grade

    def show_info(self):
        super().show_info()
        print(f"成绩：{self.grade}")

class Teacher(Role):
    def __init__(self, name, subject):
        super().__init__(name, "教师")
        self.subject = subject

    def show_info(self):
        super().show_info()
        print(f"授课科目：{self.subject}")

6.2 使用角色管理系统

student1 = Student("Alice", "A")
teacher1 = Teacher("Bob", "数学")

student1.show_info()  # 输出：姓名：Alice，角色类型：学生，成绩：A
teacher1.show_info()  # 输出：姓名：Bob，角色类型：教师，授课科目：数学

解释：