
大家好,我是煜道。
今天我们一起来学习 面向对象编程(上)——类与对象。
引言
面向对象编程(Object-Oriented Programming,简称OOP)是一种程序设计范式,它将程序中的数据和操作数据的方法组织在一起,形成"对象"。通过对象之间的交互来完成程序功能。Python从设计之初就是一门面向对象的语言,它全面支持面向对象编程的三大特征:封装、继承和多态。
本文将深入探讨Python面向对象编程的基础知识,包括类的定义、对象的创建、属性和方法的访问控制、构造函数以及类与对象的关系。通过系统学习,我们将能够运用面向对象的思想来设计和实现Python程序。

01 面向对象基础概念
1.1 类与对象的定义
类是创建对象的蓝图或模板,它定义了具有相同属性和行为的对象集合。对象是类的实例,是类的具体实现。
classPerson:"""人类"""pass# 创建类的实例(对象)person1 = Person()person2 = Person()print(type(person1)) # <class '__main__.Person'>print(isinstance(person1, Person)) # True
1.2 类与对象的关系

1.3 类的组成
classPerson:"""人类(示例类)"""# 类变量(所有实例共享) species = "智人"# 初始化方法(构造函数)def__init__(self, name, age):# 实例变量 self.name = name self.age = age# 实例方法defgreet(self):"""打招呼"""returnf"Hello, I'm {self.name}"defbirthday(self):"""生日增长""" self.age += 1

02 属性
2.1 类变量与实例变量
classPerson:# 类变量 species = "智人" count = 0# 记录创建的实例数量def__init__(self, name, age):# 实例变量 self.name = name self.age = age Person.count += 1# 使用类变量print(Person.species) # 智人print(Person.count) # 0# 创建实例alice = Person("Alice", 25)print(alice.species) # 通过实例访问print(alice.name) # Aliceprint(alice.count) # 1(类变量被修改)bob = Person("Bob", 30)print(bob.count) # 2print(Person.count) # 2

2.2 属性查找顺序
Python首先在实例中查找属性,然后在其类中查找:
classPerson: species = "智人"# 类变量def__init__(self, name): self.name = name # 实例变量alice = Person("Alice")print(alice.name) # 'Alice'(实例变量)print(alice.species) # '智人'(类变量)# 修改实例变量不影响类变量alice.species = "人"print(alice.species) # '人'(实例的)print(Person.species) # '智人'(类的)# 使用类名修改类变量Person.species = "人"print(Person.species) # '人'print(alice.species) # '人'(找到类的)
2.3 dict属性
classPerson: species = "智人"def__init__(self, name, age): self.name = name self.age = agealice = Person("Alice", 25)# 实例的__dict__print(alice.__dict__)# {'name': 'Alice', 'age': 25}# 类的__dict__print(Person.__dict__)# {'__module__': '__main__', 'species': '智人',# '__init__': <function Person.__init__ at 0x...>,# '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Person' objects>,# '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Person' objects>,# '__doc__': None}

03 方法
3.1 实例方法
实例方法的第一个参数是self,代表类的实例本身:
classCalculator:defadd(self, a, b):"""加法"""return a + bcalc = Calculator()print(calc.add(2, 3)) # 5# 等价于print(Calculator.add(calc, 2, 3)) # 5
3.2 类方法
类方法使用@classmethod装饰器,第一个参数是cls,代表类本身:
classPerson: count = 0def__init__(self, name): self.name = name Person.count += 1 @classmethoddefget_count(cls):return cls.count @classmethoddefcreate_anonymous(cls):return cls("Anonymous", 0)# 调用类方法print(Person.get_count()) # 0p1 = Person("Alice")print(Person.get_count()) # 1# 通过实例调用(cls仍为类)p2 = Person("Bob")print(p2.get_count()) # 2
3.3 静态方法
静态方法使用@staticmethod装饰器,不需要self或cls参数:
classMathUtils: @staticmethoddefadd(a, b):return a + b @staticmethoddefis_even(n):return n % 2 == 0# 调用静态方法print(MathUtils.add(2, 3)) # 5print(MathUtils.is_even(10)) # True# 静态方法也可以通过实例调用m = MathUtils()print(m.add(2, 3)) # 5

3.4 方法的存储
方法作为函数存储在类的__dict__中,实例调用时自动绑定:
classPerson:defgreet(self):returnf"Hello!"p = Person()# 类中的greet是函数print(Person.__dict__['greet']) # <function greet at 0x...># 实例中的greet是绑定方法print(p.greet) # <bound method Person.greet of <__main__.Person object>>print(p.greet()) # Hello!

04 构造函数
4.1 init方法
__init__是构造函数,在创建实例时自动调用:
classPerson:def__init__(self, name, age=0): self.name = name self.age = agealice = Person("Alice", 25) # __init__被调用bob = Person("Bob") # 使用默认值age=0
4.2 new方法
__new__是实际创建实例的方法,__init__负责初始化:
classSingleton: _instance = Nonedef__new__(cls):if cls._instance isNone: cls._instance = super().__new__(cls)return cls._instances1 = Singleton()s2 = Singleton()print(s1 is s2) # True(单例)


05 访问控制
5.1 公有成员
默认情况下,类的成员是公有的:
classPerson:def__init__(self, name): self.name = name # 公有p = Person("Alice")print(p.name) # 可以访问
5.2 保护成员(单下划线)
单下划线前缀表示"保护"成员,约定不应从外部访问:
classPerson:def__init__(self, name, _age): self.name = name self._age = _age # 保护成员p = Person("Alice", 25)print(p._age) # 仍可访问,但不建议
5.3 私有成员(双下划线)
双下划线前缀会触发名称修饰:
classPerson:def__init__(self, name, age): self.name = name self.__age = age # 私有成员defget_age(self):return self.__agep = Person("Alice", 25)print(p.name) # Alice(公有)print(p.get_age()) # 25(通过方法访问)# print(p.__age) # AttributeError# 名称修饰:实际存储为_Person__ageprint(p._Person__age) # 25(不推荐)

5.4 访问属性的方式
classPerson:def__init__(self, name): self.name = namedef__str__(self):returnf"Person({self.name})"# __repr__用于调试def__repr__(self):returnf"Person('{self.name}')"p = Person("Alice")print(str(p)) # Person(Alice)print(repr(p)) # Person('Alice')# dir()列出所有属性print(dir(p))

06 特殊方法
6.1 对象生命周期特殊方法
classExample:def__new__(cls, *args, **kwargs): print("创建实例")return super().__new__(cls)def__init__(self): print("初始化")def__del__(self): print("删除实例")e = Example()# 输出:# 创建实例# 初始化# 删除实例(当对象被销毁时)
6.2 比较运算特殊方法
classVector:def__init__(self, x, y): self.x = x self.y = ydef__eq__(self, other):return self.x == other.x and self.y == other.ydef__lt__(self, other):return self.x < other.x or (self.x == other.x and self.y < other.y)def__repr__(self):returnf"Vector({self.x}, {self.y})"v1 = Vector(1, 2)v2 = Vector(1, 2)v3 = Vector(0, 1)print(v1 == v2) # Trueprint(v1 < v3) # False
6.3 数值运算特殊方法
classNumber:def__init__(self, value): self.value = valuedef__add__(self, other):return Number(self.value + other.value)def__mul__(self, other):return Number(self.value * other.value)def__str__(self):return str(self.value)n1 = Number(5)n2 = Number(3)n3 = n1 + n2 # 调用 __add__n4 = n1 * n2 # 调用 __mul__print(n3) # 8print(n4) # 15

07 面向对象设计原则
7.1 单一职责原则
每个类应该只有一个引起变化的原因:
# 不好的设计:一个类负责多项职责classUser:def__init__(self, name, email): self.name = name self.email = emaildefsave(self):# 保存到数据库passdefsend_email(self):# 发送邮件pass# 好的设计:分离职责classUser:def__init__(self, name, email): self.name = name self.email = emailclassUserRepository:defsave(self, user):passclassEmailService:defsend(self, user, message):pass
7.2 开放-封闭原则
对扩展开放,对修改封闭:
# 好的设计:通过继承扩展新功能classShape:defarea(self):passclassCircle(Shape):def__init__(self, radius): self.radius = radiusdefarea(self):return3.14 * self.radius ** 2classRectangle(Shape):def__init__(self, width, height): self.width = width self.height = heightdefarea(self):return self.width * self.height

08 小结
本文介绍了Python面向对象编程的基础知识:
- 构造函数:
__init__和__new__的作用。 - 特殊方法:对象生命周期、比较运算、数值运算等特殊方法。
- 设计原则:单一职责、开放-封闭等面向对象设计原则。
面向对象编程是一种强大的程序设计范式,它帮助我们组织代码、复用逻辑、降低复杂度。
