[重学Python]Day6 面向对象编程基础

[重学Python]Day6 面向对象编程基础

面向对象编程，是一种程序设计范式，也是一种编程语言的分类。它以对象作为程序的基本单元，将算法和数据封装其中，程序可以访问和修改对象关联的数据。这就像我们在真实世界中操作各种物体一样，比如我们可以打开电视、调整音量、切换频道，而不需要知道电视的内部如何工作。同样，在面向对象编程中，我们可以操作对象，而不需要关心对象的内部结构和实现。

### 一、类和对象

简单的说，类是对象的蓝图和模板，而对象是类的实例。这个解释虽然有点像用概念在解释概念，但是从这句话我们至少可以看出，类是抽象的概念，而对象是具体的东西。在面向对象编程的世界中，一切皆为对象，对象都有属性和行为，每个对象都是独一无二的，而且对象一定属于某个类（型）。当我们把一大堆拥有共同特征的对象的静态特征（属性）和动态特征（行为）都抽取出来后，就可以定义出一个叫做“类”的东西。

面向对象编程的主要组成部分是类和对象。类是一组具有相同属性和功能的对象的抽象，就好比我们说的“汽车”这个概念，它具有颜色、型号、速度等属性，有启动、加速、刹车等功能。而对象则是类的实例，它是具体的，就像你家那辆红色的奔驰车，它就是汽车这个类的一个实例。

### 二、定义类

在Python中可以使用`class`关键字定义类，然后在类中通过之前学习过的函数来定义方法，这样就可以将对象的动态特征描述出来，代码如下所示。

```Python
class Car(object):
    # __init__是一个特殊方法用于在创建对象时进行初始化操作
    # 通过这个方法我们可以为Car对象绑定属性
    def __init__(self,color, name):
        self.name = name
        self.color = color

    def drive(self,speed):
        print('%s正在行驶%s.' % (self.name,speed))

    def target_client(self):
        if self.color == pink :
            print('%s适合售卖给年轻人%s.' % self.color)
        else:
            print('%s适合售卖给全年龄段%s.' % self.color)
            
```

### 三、创建和使用对象

当我们定义好一个类之后，可以通过下面的方式来创建对象并给对象发消息。

```Python
def main():
    # 创建车辆并指定品牌和颜色
    car1 = Car('su7',pink)
    # 给对象发drive消息
    car1.drive('120')
    # 给target_client发消息
    car1.target_client()
    car2 = Car('M7',black)
    car2.drive('120')
    car2.target_client()

if __name__ == '__main__':
    main()
```

### 四、访问可见性问题

对于上面的代码，有C++、Java、C#等编程经验的程序员可能会问，我们给`Student`对象绑定的`name`和`age`属性到底具有怎样的访问权限（也称为可见性）。因为在很多面向对象编程语言中，我们通常会将对象的属性设置为私有的（private）或受保护的（protected），简单的说就是不允许外界访问，而对象的方法通常都是公开的（public），因为公开的方法就是对象能够接受的消息。在Python中，属性和方法的访问权限只有两种，也就是公开的和私有的，如果希望属性是私有的，在给属性命名时可以用两个下划线作为开头，下面的代码可以验证这一点。

```Python
class Test:

    def __init__(self, foo):
        self.__foo = foo

    def __bar(self):
        print(self.__foo)
        print('__bar')

def main():
    test = Test('hello')
    # AttributeError: 'Test' object has no attribute '__bar'
    test.__bar()
    # AttributeError: 'Test' object has no attribute '__foo'
    print(test.__foo)

if __name__ == "__main__":
    main()
```

但是，Python并没有从语法上严格保证私有属性或方法的私密性，它只是给私有的属性和方法换了一个名字来妨碍对它们的访问，事实上如果你知道更换名字的规则仍然可以访问到它们，下面的代码就可以验证这一点。之所以这样设定，可以用这样一句名言加以解释，就是"**We are all consenting adults here**"。因为绝大多数程序员都认为开放比封闭要好，而且程序员要自己为自己的行为负责。

```Python
class Test:

    def __init__(self, foo):
        self.__foo = foo

    def __bar(self):
        print(self.__foo)
        print('__bar')

def main():
    test = Test('hello')
    test._Test__bar()
    print(test._Test__foo)

if __name__ == "__main__":
    main()
```

在实际开发中，我们并不建议将属性设置为私有的，因为这会导致子类无法访问（后面会讲到）。所以大多数Python程序员会遵循一种命名惯例就是让属性名以单下划线开头来表示属性是受保护的，本类之外的代码在访问这样的属性时应该要保持慎重。这种做法并不是语法上的规则，单下划线开头的属性和方法外界仍然是可以访问的，所以更多的时候它是一种暗示或隐喻。

### 五、面向对象的支柱

面向对象有三大支柱：封装、继承和多态。后面两个概念在下一个章节中进行详细的说明，这里我们先说一下什么是封装。我自己对封装的理解是"隐藏一切可以隐藏的实现细节，只向外界暴露（提供）简单的编程接口"。我们在类中定义的方法其实就是把数据和对数据的操作封装起来了，在我们创建了对象之后，只需要给对象发送一个消息（调用方法）就可以执行方法中的代码，也就是说我们只需要知道方法的名字和传入的参数（方法的外部视图），而不需要知道方法内部的实现细节（方法的内部视图）。

### 六、练习

#### 练习1：定义一个类描述数字时钟。

参考答案：

```Python
from time import sleep

class Clock(object):
    """数字时钟"""

    def __init__(self, hour=0, minute=0, second=0):
        """初始化方法

        :param hour: 时
        :param minute: 分
        :param second: 秒
        """
        self._hour = hour
        self._minute = minute
        self._second = second

    def run(self):
        """走字"""
        self._second += 1
        if self._second == 60:
            self._second = 0
            self._minute += 1
            if self._minute == 60:
                self._minute = 0
                self._hour += 1
                if self._hour == 24:
                    self._hour = 0

    def show(self):
        """显示时间"""
        return '%02d:%02d:%02d' % \
               (self._hour, self._minute, self._second)

def main():
    clock = Clock(23, 59, 58)
    while True:
        print(clock.show())
        sleep(1)
        clock.run()

if __name__ == '__main__':
    main()
```

#### 练习2：定义一个类描述平面上的点并提供移动点和计算到另一个点距离的方法。

参考答案：

```Python
from math import sqrt

class Point(object):

    def __init__(self, x=0, y=0):
        """初始化方法
        
        :param x: 横坐标
        :param y: 纵坐标
        """
        self.x = x
        self.y = y

    def move_to(self, x, y):
        """移动到指定位置
        
        :param x: 新的横坐标
        "param y: 新的纵坐标
        """
        self.x = x
        self.y = y

    def move_by(self, dx, dy):
        """移动指定的增量
        
        :param dx: 横坐标的增量
        "param dy: 纵坐标的增量
        """
        self.x += dx
        self.y += dy

    def distance_to(self, other):
        """计算与另一个点的距离
        
        :param other: 另一个点
        """
        dx = self.x - other.x
        dy = self.y - other.y
        return sqrt(dx ** 2 + dy ** 2)

    def __str__(self):
        return '(%s, %s)' % (str(self.x), str(self.y))

def main():
    p1 = Point(3, 5)
    p2 = Point()
    print(p1)
    print(p2)
    p2.move_by(-1, 2)
    print(p2)
    print(p1.distance_to(p2))

if __name__ == '__main__':
    main()
```

本章中的练习取自项目链接：https://github.com/jackfrued/Python-100-Days