小柴的故事

小柴是一名计算机专业的大学生。这个学期，他将要学习面向对象编程。这可把小柴给急坏了：他可是母胎单身十八年，一个对象也没有，这门课不会挂科吧！ 挂科可是会影响他保研！

于是他心急火燎地翻遍了微信通讯录，给每一个女生都发了消息：

“嗨，你好！想问一下你能当我的对象吗？”

不出意外，所有女生都拉黑了他。

然而，“世上无难事，只要肯登攀”，在寻找女朋友失败后，他重整旗鼓，开始寻找男朋友。

他又开始翻通讯录，给每一个男生都发了消息。他将信息发送给我们公众号的编辑卡咪同学后，卡咪同学为了避免他骚扰其他男同学，赶紧回复了他：

“小柴同学，你好！我觉得你这个问题很有意思，我来帮你解答一下吧！”

“事实上，掌握面向对象编程，并不意味着一定要有一个对象。” 卡咪同学说。

那好，就让我们和小柴同学一起，来看看什么是面向对象编程吧！

此“对象”非彼“对象”

在我们提到的面向对象编程中，“对象”这个概念，其实指的并不是男女朋友。在面向对象编程中，我们把程序中的一个东西叫做“对象”。这个东西可以是一个人、一个动物、一辆车，甚至是一个概念，比如“爱情”。

我们先说明一些简单的概念。

1. 类 (Class)

所有的对象都是由类创建的。类就像是一个蓝图或者模板，定义了对象的属性和方法。 比如，我们可以有一个“人”类，这个类定义了人的属性（比如名字、年龄）和方法（比如说话、走路）。当我们根据这个类创建一个具体的人时，这个人就是一个对象。

一个类，把人的特质（名字、年龄）和人的行为（说话、走路）都捆绑在了一起。我们可以根据这个类创建很多不同的人对象，比如小柴同学、卡咪同学等等。

在Python中，我们可以这样定义一个类：

classPerson:# 我们等下会讲这个函数是干什么的def__init__(self, name, age):        self.name = name  # 定义属性        self.age = age# 定义方法defspeak(self):        print(f"{self.name} says: Hello!")defwalk(self):        print(f"{self.name} is walking.")

2. 实例 (Instance)

当我们根据一个类创建一个具体的对象时，这个对象就叫做这个类的一个实例。比如，我们可以创建一个小柴同学的实例：

xiaochai = Person("小柴", 20)

这个时候，xiaochai就是Person类的一个实例。

我们是怎么创建实例的呢？事实上，我们调用的是类的一个特殊函数，叫做__init__函数。它是英文 "initialize" 的缩写，意思是“初始化”。这个函数在创建实例的时候会被自动调用，用来初始化实例的属性。在上面的例子中，我们传入了名字和年龄，这些信息就被用来初始化了小柴同学这个实例的属性。

classPerson:def__init__(self, name, age):        self.name = name  # 定义属性        self.age = age

这个函数的每一行都是什么意思呢？第一个参数self是一个特殊的参数，代表了当前实例本身。当我们创建一个实例时，Python会自动把这个实例传递给self参数。这样，我们就可以在类的内部通过self来访问和修改这个实例的属性。在上面的例子中，我们通过self.name和self.age来定义了这个实例的属性。

如果有些难理解，我们可以先记住：基本所有的类都会有一个__init__函数，而类内函数的第一个参数都是self，这个参数代表了当前实例（即小柴）本身。

我们在创建实例的时候，Python会自动把这个实例（小柴）传递给self参数，这样我们就可以在类的内部通过self来访问和修改这个实例的属性。

3. 属性 (Attribute)

属性是用来描述对象的特征的，在上面的例子中，name和age就是这个类的属性。我们可以通过实例来访问这些属性：

print(xiaochai.name)  # 输出: 小柴print(xiaochai.age)   # 输出: 20

我们也可以修改这些属性：

xiaochai.age = 21print(xiaochai.age)   # 输出: 21

可以看到，我们使用了点号（.）来访问和修改实例的属性。这是面向对象编程中最基本的句法。

4. 方法 (Method)

方法是定义在类中的函数，用来描述对象的行为。比如，在上面的例子中，speak和walk就是这个类的方法。我们可以通过实例来调用这些方法：

xiaochai.speak()  # 输出: 小柴 says: Hello!xiaochai.walk()   # 输出: 小柴 is walking.

方法和属性一样，也是通过点号来访问的。方法可以让我们对对象进行操作，或者让对象执行一些动作。

那好，我们写一个完整的例子来看看这些概念是如何结合在一起的：

classPerson:def__init__(self, name, age):        self.name = name  # 定义属性        self.age = agedefspeak(self):        print(f"{self.name} says: Hello!")defwalk(self):        print(f"{self.name} is walking.")# 创建一个实例xiaochai = Person("小柴", 20)kami = Person("卡咪", 19)# 访问属性print(xiaochai.name)  # 输出: 小柴print(kami.age)      # 输出: 19# 调用方法xiaochai.speak()  # 输出: 小柴 says: Hello!kami.walk()      # 输出: 卡咪 is walking.

有人问了，面向对象编程，和我们之前的编程有什么区别吗？我们可以试着用之前的方式实现一下这整个例子：

defcreate_person(name, age):return {'name': name, 'age': age} # 创建一个字典来表示一个人defshow_age(person):    print(f"{person['name']} is {person['age']} years old.")defshow_name(person):    print(f"{person['name']} is the person's name.")defchange_name(person, new_name):    person['name'] = new_namedefchange_age(person, new_age):    person['age'] = new_agedefspeak(person):    print(f"{person['name']} says: Hello!")defwalk(person):    print(f"{person['name']} is walking.")# 创建一个人xiaochai = create_person("小柴", 20)kami = create_person("卡咪", 19)# 访问属性show_name(xiaochai)  # 输出: 小柴 is the person's name.show_age(kami)      # 输出: 卡咪 is 19 years old.# 调用方法speak(xiaochai)  # 输出: 小柴 says: Hello!walk(kami)      # 输出: 卡咪 is walking.

有什么区别呢？

在面向对象编程中，我们把数据（属性）和操作数据的函数（方法）都捆绑在了一起，这样我们就可以更方便地管理和使用这些数据。而在之前的编程方式中，我们需要把数据和函数分开来管理，这样就比较麻烦。

我们定义了很多函数来操作这些数据，而且每次操作都需要传入这个数据（在这个例子中就是被操作的人）作为参数，这样就很麻烦。而在面向对象编程中，我们只需要调用实例的方法，用点记号就可以了，不需要再传入这个实例作为参数了。

所以，面向对象编程让我们的代码更清晰、更结构化、更易于维护。我们可以把相关的数据和操作捆绑在一起，这样就更容易理解和使用了。

试着比较：

speak(xiaochai)  # 之前的方式，需要传入作为参数xiaochai.speak()  # 面向对象编程的方式，直接调用实例，实例作为方法的隐式参数self，不需要再传入了

可见，面向对象编程的核心思想就是把数据和操作数据的函数捆绑在一起，这样我们就可以更方便地管理和使用这些数据了。

一些其他的例子

银行账户也是一个很好的例子。我们可以定义一个BankAccount类，来表示一个银行账户：

classBankAccount:def__init__(self, owner, balance=0):# balance是余额的意思，是可选参数，默认值是0        self.owner = owner        self.balance = balancedefdeposit(self, amount):# 存款方法，参数是存款金额        self.balance += amount        print(f"{self.owner} 存了 {amount}。当前余额: {self.balance}")defwithdraw(self, amount):# 取款方法，参数是取款金额if amount > self.balance:            print(f"{self.owner} 余额不足。当前余额: {self.balance}")else:            self.balance -= amount            print(f"{self.owner} 取出了 {amount}。当前余额: {self.balance}")# 创建一个银行账户实例account = BankAccount("小柴", 1000)# 存款account.deposit(500)  # 输出: 小柴 存了 500。当前余额: 1500# 取款account.withdraw(200)  # 输出: 小柴 取出了 200。当前余额: 1300account.withdraw(1500) # 输出: 小柴 余额不足。当前余额: 1300

我们可以注意到，Python中的类通常是以大写字母开头的，这是一种命名约定，可以方便我们区分类和变量。

我们再举一个虚数的例子。我们可以定义一个ComplexNumber类，来表示一个复数：

classComplexNumber:def__init__(self, real, imag):        self.real = real  # 实部        self.imag = imag  # 虚部defdisplay(self):# 定义这个方法是为了让我们在打印这个对象的时候，能够得到一个友好的输出        print(f"{self.real} + {self.imag}i")defadd(self, other):# 定义一个加法方法，参数是另一个复数对象        new_real = self.real + other.real        new_imag = self.imag + other.imagreturn ComplexNumber(new_real, new_imag)  # 返回一个新的复数对象defmultiply(self, other):# 定义一个乘法方法，参数是另一个复数对象        new_real = self.real * other.real - self.imag * other.imag        new_imag = self.real * other.imag + self.imag * other.realreturn ComplexNumber(new_real, new_imag)  # 返回一个新的复数对象# 创建两个复数实例c1 = ComplexNumber(2, 3)  # 2 + 3ic2 = ComplexNumber(4, 5)  # 4 + 5i# 对这两个复数进行加法和乘法操作c3 = c1.add(c2)  # c3是c1和c2的和c4 = c1.multiply(c2)  # c4是c1和c2的乘积# 打印结果print("c1: ", end="")c1.display()  # 输出: 2 + 3iprint("c2: ", end="")c2.display()  # 输出: 4 + 5iprint("c3: ", end="")c3.display()  # 输出: 6 + 8iprint("c4: ", end="")c4.display()  # 输出: -7 + 22i

我们一直都在用Python中的面向对象编程

面向对象编程从来不是什么很高大上的事情。其实，我们在使用Python的时候，一直都在用面向对象编程。比如，我们创建一个列表：

my_list = [1, 2, 3] # 可以改写成 my_list = list([1, 2, 3])，这里的list就是一个类，我们创建了一个列表对象my_list，这个对象就是list类的一个实例。my_list.append(4)  # 调用列表对象的方法，这里的append方法就是list类定义的方法，用来向列表中添加元素。print(my_list)     # 输出: [1, 2, 3, 4]

我们用Python的字符串方法来操作字符串时：

my_string = "Hello, World!"print(my_string.upper())  # 调用字符串对象的方法，把字符串转换成大写，print(my_string.lower())  # 调用字符串对象的方法，把字符串转换成小写

我们调用海龟库绘制图形时：

from turtle import Turtle  # 首字母大写的Turtle是一个类t = Turtle()  # 创建一个Turtle对象（实例）t.forward(100)  # 调用Turtle对象的方法，让它向前移动100单位t.left(90)     # 调用Turtle对象的方法，让它向左转90t.forward(100)  # 调用Turtle对象的方法，让它向前移动100单位

结语

听完卡咪同学的讲解，小柴同学终于明白了，原来面向对象编程中的“对象”并不是指男女朋友，而是指程序中的一个东西，比如一个人、一个动物、一辆车，甚至是一个概念。通过定义类，我们可以创建很多不同的对象，每个对象都有自己的属性和方法，这样我们就可以更方便地管理和使用这些数据了。

小柴同学高兴地表示：我可以继续单身下去了！但说完这句话，他不知道为何感觉心里有点空落落的。

晚上回宿舍，小柴同学想用运算符实现上文提的两个复数的加减法 print(c1 + c2)，这就需要重载运算符。小柴同学觉得好玩儿，创建了一个“动物”类，又创建了“猫”类和“狗”类，他想把这三者联系起来，看看它们之间有什么关系。卡咪同学告诉他，这就是面向对象编程中的“继承”。还有各种各样，五花八门的概念，我们后面如果可以再介绍。

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