关于python:Python全景系列6-掌握Python面向对象编程的关键深度探索类与对象

欢送来到咱们的系列博客《Python 全景系列》！在这个系列中，咱们将率领你从 Python 的基础知识开始，一步步深刻到高级话题，帮忙你把握这门弱小而灵便的编程语法。无论你是编程老手，还是有肯定根底的开发者，这个系列都将提供你须要的常识和技能。

Python 全景系列的第六篇，本文将深入探讨 Python 语言中的外围概念：类（Class）和对象（Object）。咱们将介绍这些基本概念，而后通过示例代码具体展现 Python 中的类和对象如何工作，包含定义、实例化和批改等操作。本文将帮忙您更深刻地了解 Python 中的面向对象编程（OOP），并从中提出一些不常见但很有用的技术观点。

类和对象的概念是面向对象编程（OOP）的根底。在 Python 中，面向对象的设计办法提供了一种封装数据和性能的无效形式。它让咱们能将事实世界的事物和行为映射到代码中，这种映射更加合乎咱们人类的认知形式，让咱们能以更天然的形式了解和设计简单的软件系统。

类是形象的模板，用来形容具备独特属性和办法的对象汇合。一个类定义了这些对象的通用构造和行为，但它本人并不占用任何存储空间。类是一种创立新对象的机制，为对象的创立和治理提供了一种规定和规范。

相比之下，对象是类的实例，它是具体存在的，占用存储空间。每个对象都有其本人的属性和行为，这些属性和行为是由其类定义的。对象的每个属性都有一个与之相关联的值，这个值能够在对象的生命周期内扭转，而其行为则由办法来定义。

尽管一个类可能会被实例化为多个对象，但每个对象都是惟一的。即便两个对象来自同一个类并具备雷同的属性值，它们也是不同的对象。每个对象都有一个惟一的标识符（在 Python 中能够通过内置函数 id() 获取），用来辨别不同的对象。

类和对象之间的关系能够类比为蓝图和房子，或者是食谱和菜肴。类就像是蓝图或食谱，提供创建对象（房子或菜肴）的具体阐明。你能够应用同一份蓝图或食谱来创立多个房子或菜肴，就如同你能够应用同一个类来创立多个对象一样。

了解类和对象的形象理念不仅有助于咱们编写和浏览面向对象的代码，也能够帮忙咱们更好地了解事实世界。在事实世界中，咱们常常须要解决具备类似个性和行为的事物汇合，就像咱们在编程中解决对象一样。

在面向对象编程中，咱们将数据和操作数据的办法封装在一起，造成“对象”。这种数据和操作的封装使得咱们能够更高效地组织和治理简单的软件系统。实际上，类和对象的概念疏导咱们看到，事实世界的许多简单问题都能够通过形象和封装来简化，从而更容易地

被了解和解决。这是一种从凌乱中寻找秩序，从复杂性中寻找简略性的形式。这也是面向对象编程在泛滥编程范式中可能自成一家的重要起因。

在 Python 中，类是一种定义新数据类型的形式，它在一个逻辑框架内封装了数据（属性）和操作数据的函数（办法）。这个概念帮忙咱们建设更为简单的数据模型，模仿事实世界中的各种对象和它们的交互方式。

类的外围特点如下：

数据封装 ：类中的属性保留了对象的状态。这些属性通常在__init__ 办法中初始化，并能够通过对象的生命周期进行拜访和批改。封装保障了数据的完整性和一致性。
行为形象：类中定义的办法形容了对象能够执行的操作。这些办法能够拜访和批改对象的状态，或者与其余对象进行交互。
继承：一个类能够继承另一个类的属性和办法，容许代码重用和行为定制。这是实现多态性和代码复用的重要机制。
多态性：因为继承，一个类的实例可能属于多个类。Python 容许咱们应用子类对象代替父类对象，进步了代码的灵活性和可重用性。

接下来，让咱们以不同类型的工作人员为例，来看一个更简单的类定义的例子。

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

    def work(self):
        return f"{self.name} is working."

class Manager(Employee):
    def work(self):
        return f"{self.name} is managing the team."

class Developer(Employee):
    def __init__(self, name, age, programming_language):
        super().__init__(name, age)
        self.programming_language = programming_language

    def work(self):
        return f"{self.name} is writing {self.programming_language} code."

在这个例子中，咱们定义了一个名为 Employee 的基类，以及两个继承自 Employee 的子类 Manager 和 Developer。每个类都有一个 work 办法，但在不同的子类中这个办法的行为是不同的，这就是多态性的一个示例。同时，Developer 类增加了一个新的属性programming_language，展现了如何在子类中减少新的属性。

类提供了一种高级的形象机制，使咱们可能以更合乎人类思维习惯的形式来设计和实现简单的软件系统。把握类和对象的概念对了解和应用 Python 编程至关重要。

在 Python 中，一旦咱们定义了一个类，咱们就能够通过实例化这个类来创立一个对象。对象是类的实例，它继承了类定义的属性和办法。

让咱们持续用 ”Dog” 类来深刻了解这个过程：

fido = Dog("Fido", 3)
buddy = Dog("Buddy", 5)

在这里，Dog("Fido", 3)和 Dog("Buddy", 5) 是创立新 Dog 对象的表达式。它们是 Dog 类的两个不同的实例，每个实例都有本人的 name 和 age 属性。只管 fido 和 buddy 都是 Dog 类的实例，但它们是两个齐全不同的对象。

你能够设想这个过程就像制作糖果。类就像是一个糖果模具，每个实例（对象）就像是用模具制作进去的糖果。尽管所有糖果都是由同一个模具制作进去的，具备雷同的形态和大小，但它们依然是独立的糖果，各自有本人的色彩和滋味。

这就引出了 Python 对象的一个重要个性：每个对象都有本人的命名空间，存储了本人的属性。这些属性是独立于其余对象的。例如，咱们能够这样批改 fido 的 age 属性，而不会影响 buddy 的 age 属性：

fido.age = 4
print(fido.age)  # 4
print(buddy.age)  # 5

此外，对象还能够有办法。办法是定义在类中的函数，它们能够拜访和批改对象的属性。例如，咱们能够定义一个 celebrate_birthday 办法，用于减少 Dog 对象的 age 属性：

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

    def bark(self):
        return f"{self.name} says Woof!"

    def celebrate_birthday(self):
        self.age += 1
        return f"Happy Birthday {self.name}! You are now {self.age} years old."

fido = Dog("Fido", 3)
print(fido.celebrate_birthday())  # "Happy Birthday Fido! You are now 4 years old."

总的来说，对象是类的实例，它们继承了类的属性和办法。每个对象都有本人的状态（属性）和行为（办法）。在 Python 中，咱们能够通过实例化一个类来创立一个对象，而后通过点符号 . 来拜访和批改对象的属性，或者调用对象的办法。

在 Python 中，一个类能够继承另一个类，这意味着它能够主动获取父类的所有属性和办法。这是面向对象编程的一个外围概念，能够帮忙咱们实现代码的复用和扩大。

假如咱们有一个“Animal”基类，它具备一些共享的属性和办法，例如 ”name” 和 ”age” 属性，以及一个 ”sound” 办法。当初咱们想创立两个新类：”Dog” 和 ”Cat”。它们都应该有 ”name” 和 ”age” 属性，并且都有本人的 ”sound” 办法。

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

    def sound(self):
        pass


class Dog(Animal):
    def sound(self):
        return f"{self.name} says Woof!"


class Cat(Animal):
    def sound(self):
        return f"{self.name} says Meow!"

在这个例子中，Dog 和 Cat 类都继承自 Animal 类，因而它们主动获取了 Animal 类的所有属性和办法。而后，咱们在 Dog 和 Cat 类中重写了 ”sound” 办法，以提供各自的实现。

继承能够使咱们的代码更加模块化，更容易保护和扩大。咱们能够把一些通用的属性和办法放在基类中，而后在派生类中增加或重写特定的行为。这样，咱们能够复用基类的代码，而不用在每个派生类中反复雷同的代码。

你能够把这个过程设想成制作乐高模型。基类就像是乐高模型的基座，而派生类就像是增加在基座上的各种乐高积木。咱们能够用同样的基座制作各种不同的乐高模型，只需扭转增加在下面的积木就行。这就是代码复用的原理。

此外，Python 反对多重继承，即一个类能够继承多个父类。这进一步加强了代码的复用性和扩展性，但同时也带来了一些复杂性。在应用多重继承时，咱们须要审慎解决不同父类的属性和办法可能会产生的抵触。

总的来说，类的继承是一种弱小的工具，它能够帮忙咱们复用和扩大代码，以实现更简单的性能。在设计类构造时，咱们应该充分利用继承的长处，同时留神防止因为适度应用继承而带来的问题。

Python 的类能够定义一些非凡的办法，这些办法在特定的状况下会被主动调用。因为它们的办法名都以双下划线开始和完结，所以它们通常被称为“魔术办法”或“非凡办法”。通过定义魔术办法，咱们能够管制类的行为，例如实例化过程、属性拜访、运算符重载等。

例如，当咱们实例化一个类时，__init__魔术办法会被主动调用：

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

在这个例子中，__init__办法在 Dog 类的每个新实例被创立时都会运行，用于初始化新实例的状态。

咱们也能够定义其余魔术办法来实现更多的自定义行为。例如，咱们能够定义 __str__ 办法来管制当咱们打印一个对象时如何显示：

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

    def __str__(self):
        return f"A dog named {self.name}, age {self.age}"

fido = Dog("Fido", 3)
print(fido)  # "A dog named Fido, age 3"

在这个例子中，当咱们打印 fido 对象时，Python 会主动调用其 __str__ 办法，并将其返回值作为打印内容。

魔术办法就像是 Python 类的控制面板。通过调整这个面板上的各种开关和旋钮，咱们能够精密地管制类的行为。你能够设想这个过程就像是驾驶一辆汽车。驾驶员通过操作方向盘、刹车、油门等控制器，能够准确地管制汽车的行驶方向、速度和地位。同样，通过定义和应用魔术办法，咱们能够准确地管制 Python 类的行为。

然而，应用魔术办法时也须要留神。一方面，适度应用魔术办法可能会使代码变得难以了解和保护。另一方面，如果咱们在子类中重写了父类的魔术办法，可能会导致不可预感的后果。因而，应用魔术办法时，咱们须要审慎并遵循最佳实际。

总的来说，魔术办法是 Python 面向对象编程的一个弱小工具，它能够帮忙咱们自定义类的行为，实现更多的性能。在设计类时，咱们应该充分利用魔术办法的长处，同时留神防止潜在的问题。

在面向对象编程中，多态性是一种容许咱们以对立的形式解决不同类型对象的个性。它能够让咱们的代码更加灵便和可扩大。在 Python 中，多态性次要体现在它的动静类型零碎上。

Python 是一种动静类型语言，这意味着变量的类型是在运行时决定的，而不是在编译时。这使得咱们能够在不关怀对象具体类型的状况下编写代码，只有对象实现了预期的办法或属性就能够。

思考以下例子：

class Dog:
    def sound(self):
        return "Woof!"

class Cat:
    def sound(self):
        return "Meow!"

def make_sound(animal):
    return animal.sound()

fido = Dog()
whiskers = Cat()

print(make_sound(fido))  # "Woof!"
print(make_sound(whiskers))  # "Meow!"

在这个例子中，make_sound函数能够承受任何实现了 sound 办法的对象，无论它是 Dog 类的实例还是 Cat 类的实例，或是其余任何类的实例。这就是多态性的体现。咱们的代码不关怀传入的对象的具体类型，只关怀它的行为。

你能够将这个过程设想成插座和各种电子设备。插座并不关怀你插入的是电视、电脑还是吹风机，只有它们的插头符合标准就能够。同样，咱们的 make_sound 函数也不关怀传入的对象的具体类型，只有它们实现了预期的 sound 办法就能够。这就是 Python 多态性的原理。

在设计类和函数时，咱们应该尽可能地利用 Python 的多态性。咱们应该关注对象的行为，而不是它们的具体类型。这样能够让咱们的代码更加灵便和可扩大，更容易适应需要的变动。

然而，应用多态性也须要留神一些问题。如果咱们适度依赖对象的特定行为，可能会使代码变得难以了解和保护。此外，如果传入的对象没有实现预期的行为，可能会导致运行时谬误。因而，应用多态性时，咱们须要审慎并遵循最佳实际。

总的来说，多态性是 Python 面向对象编程的一个弱小工具，它能够帮忙咱们写出更灵便、更可扩大的代码。在设计类时，咱们应该充分利用 Python 的多态性，同时留神防止潜在的问题。

Python 的类和对象是了解面向对象编程的基石。类提供了一种形式来封装数据和函数，造成一个自蕴含的蓝图，以此生成多个互相独立的实例——对象。这些对象领有类中定义的所有属性和办法，实现数据和行为的捆绑。类的继承提供了代码的复用和扩大，而魔术办法则容许咱们自定义类的非凡行为。Python 的动静类型和多态性为编程提供了极大的灵活性，实现了对各种对象对立的解决形式，进步了代码的可读性和可扩展性。

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TeahLead_KrisChang，10+ 年的互联网和人工智能从业教训，10 年 + 技术和业务团队治理教训，同济软件工程本科，复旦工程治理硕士，阿里云认证云服务资深架构师，上亿营收 AI 产品业务负责人。

关于python:Python全景系列6-掌握Python面向对象编程的关键深度探索类与对象

1. 类和对象的形象理念

类的形象

对象的实体化

对象的唯一性

类和对象的互相关系

独特见解

2. 类：定义数据类型的形式

3. 对象：类的实例化

4. 类的继承：代码的复用和扩大

5. 魔术办法：管制类的行为

6. Python 的多态性：动静类型的力量

7. 总结