Python从入门到实战-第 6 章:练习示例

在第六章内容的结尾，我们留了一个练习，希望实现一个简易的图书管理系统，主要实现图书的入库、借阅、归还、查询、用户注册、查看借阅记录等功能。这篇文章是提供一个参考的例子。

我觉得需要创建几个类，一个是Book（图书类），一个是User（用户类），一个是Library（图书馆类）。

Book类用来实现图书的增加、减少、库存功能。

User类用来实现用户的借书时增加借阅记录，还书时移除借阅记录等功能，User类下创建两个子类，一个是Student（学生类）一个是Teacher（教师类），这是为了练习面向对象的继承、抽象类的内容。

Library类主要实现用户注册、新书入库、借书、归还、关键字查询等功能。

我们还是用Poetry来创建工程和管理我们的代码依赖。打开VSCode，找到我们的工作目录，在控制台中使用poetry new library-sys命令来创建工程，然后进入到library-sys目录下，使用poetry install命令让它自动帮我们管理虚拟环境。

然后在src/library_sys目录下创建book.py、user.py、library.py、main.py四个Python文件，book.py主要用于编写Book类，user.py主要用于编写User类，library.py主要用于编写Library类，main.py主要是为了测试我们的代码，目录结构如下：

library_sys├── pyproject.toml├── README.md├── .venv├── src│   └── library_sys|       ├── __init__.py|       ├── book.py|       ├── user.py|       ├── library.py│       └── main.py└── tests    └── __init__.py

下面我们就来具体看看代码吧，首先是book模块的代码：

class Book:    """    封装图书属性    """    def __init__(self, title: str, author: str, isbn: str, stock: int = 1) -> None:        self.title = title        self.author = author        self.isbn = isbn        self.__stock = stock # 库存，私有属性    # 使用属性装饰器    @property    def remaining_stock(self) -> int:        """读取库存"""        return self.__stock    def add_stock(self, count: int = 1) -> None:        """增加库存"""        self.__stock += count    def reduce_stock(self) -> None:        """减少库存"""        if self.__stock > 0:            self.__stock -= 1    # 魔术方法，美化打印    def __str__(self) -> str:        return f'《{self.title}》- {self.author} | ISBN：{self.isbn} | 可借：{self.__stock}本'

这个类中我们用到了上一篇文章中聊到的面向对象中的属性装饰器、魔术方法知识点。

然后来看一下user模块的代码：

from abc import ABC, abstractmethodclass User(ABC):    """用户的属性和方法"""    def __init__(self, username: str, user_id: int) -> None:        self.username = username        self.user_id = user_id        self.__borrowed_books = {} # 私有属性，借阅记录    @abstractmethod    def get_borrow_days(self) -> int:        """借阅时间"""        pass    @property    def borrowed_books(self) -> dict:        """借阅记录，返回副本防止修改"""        return self.__borrowed_books.copy()    def add_borrow_book(self, isbn: str, borrow_days: int = 0) -> None:        """        添加借阅记录        :param self: self        :param isbn: isbn号        :type isbn: str        :param borrow_days: 借阅时间        :type borrow_days: int        """        self.__borrowed_books[isbn] = borrow_days    def remove_borrow_book(self, isbn: str) -> None:        """        删除借阅记录        :param self: self        :param isbn: isbn号        :type isbn: str        """        if isbn in self.__borrowed_books:            del self.__borrowed_books[isbn]    # 魔术方法    def __len__(self) -> int:        """借阅数量"""        return len(self.__borrowed_books)    # 魔术方法    def __str__(self) -> str:        return f'用户：{self.username} | ID：{self.user_id} | 已借阅：{len(self)}本'class Student(User):    """学生用户"""    def get_borrow_days(self) -> int:        return 7class Teacher(User):    """教师用户"""    def get_borrow_days(self) -> int:        return 15

在User类中我们使用了抽象类和抽象方法，因为我们设定的学生和教师的借阅时间是不同的，所以get_borrow_days()方法是需要它们必须各自实现的，这样做是为了增强约束性。除了__str__魔术方法，我们还实现了__len__魔术方法，这个方法可以帮助我们直接获取借阅书籍的数量，实现了它就可以直接调用len()方法了。

接下来就是library模块的实现代码：

from library_sys.book import Bookfrom library_sys.user import Userdef singleton(cls):    """单例模式"""    instances = {}    def wrapper(*args, **kwargs):        if cls not in instances:            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)        return instances[cls]    return wrapper@singletonclass Library:    """图书馆的属性和方法"""    __library_name = "地球村图书馆"    def __init__(self) -> None:        self.__users: dict[int, User] = {}  # 私有属性，用户字典{ID:User}        self.__books: dict[str, Book] = {}  # 私有属性，图书字典{ISBN:BOOK}    @classmethod    def get_library_name(cls) -> str:        """获取图书馆名称"""        return cls.__library_name    def register_user(self, user: User) -> None:        """        注册用户        :param self: self        :param user: 用户        :type user: User        """        u_id = user.user_id        if u_id in self.__users:            print(f"用户{user.username}已注册")        else:            self.__users[u_id] = user            print(f"用户{user.username}注册成功")    def add_book(self, book: Book) -> None:        """        图书入库        :param self: self        :param book: 书籍        :type book: Book        """        isbn = book.isbn        if isbn in self.__books:            self.__books[isbn].add_stock(book.remaining_stock)            print(f"图书《{book.title}》已存在，库存增加")        else:            self.__books[isbn] = book            print(f"图书《{book.title}》入库成功！")    def borrow_book(self, user_id: int, isbn: str, borrow_days: int):        """        借阅书籍        :param self: self        :param user_id: 用户ID        :type user_id: int        :param isbn: 图书的ISBN号        :type isbn: str        :param borrow_days: 借阅天数        :type borrow_days: int        """        # 检查用户是否存在        if user_id not in self.__users:            print(f"用户{user_id}未注册！")            return        # 检查图书是否存在        if isbn not in self.__books:            print(f"ISBN为{isbn}的图书未找到！")            return        book = self.__books[isbn]        user = self.__users[user_id]        # 检查图书是否可借        if book.remaining_stock == 0:            print(f"{book.title}已全部被借出！")            return        # 检查可以用户可以借阅的时间        u_borrow_days = user.get_borrow_days()        if borrow_days > u_borrow_days:            print(f"用户{user.username}借阅《{book.title}》失败，你最多可以借{u_borrow_days}天")            return        # 可借则较少图书库存，加入到对应用户中        book.reduce_stock()        user.add_borrow_book(isbn, borrow_days)        print(f"用户{user.username}借阅《{book.title}》成功，借阅{borrow_days}天")    def return_book(self, user_id: int, isbn: str) -> None:        """        归还书籍        :param self: self        :param user_id: 用户ID        :type user_id: int        :param isbn: 书籍的ISBN号        :type isbn: str        """        # 检查用户是否存在        if user_id not in self.__users:            print(f"用户{user_id}未注册！")            return        book = self.__books[isbn]        book.add_stock()        user = self.__users[user_id]        user.remove_borrow_book(isbn)        print(f"用户{user.username}已成功归还《{book.title}》！")    def search_book(self, keyword: str, by_isbn: bool = False) -> list[Book]:        """        根据关键字查询图书        :param self: self        :param keyword: 关键字        :type keyword: str        :param by_isbn: ISBN号        :type by_isbn: bool        :return: 图书列表        :rtype: list[Book]        """        result = []        for book in self.__books.values():            if by_isbn:                if keyword == book.isbn:                    result.append(book)            else:                if keyword in book.title or keyword in book.author:                    result.append(book)        if not result:            print(f"未查找到包含【{keyword}】的图书")        return result    # 魔术方法，获取图书馆的图书种类数，按照ISBN数量计算    def __len__(self) -> int:        return len(self.__books)    def total_book_types(self) -> int:        """        获取图书种类数量        :param self: self        :return: 图书种类数量        :rtype: int        """        return len(self) # 调用的是__len__魔术方法    def total_books(self) -> int:        """获取图书的数量"""        sum = 0        for b in self.__books.values():            sum += b.remaining_stock        return sum    def total_users(self) -> int:        """获取用户总数"""        return len(self.__users)    # 魔术方法，美化打印信息    def __str__(self) -> str:        return f'【{self.__library_name}】| 总藏书：{self.total_book_types()}种，在库{self.total_books()}本 | 总注册用户：{self.total_users()}人'

Library应该只有一个实例，所以我们使用了第六章内容聊到的单例模式来实现这个想法，我们还用了类方法来获取图书馆的名称，这个模块的代码是最多的，因为相比其他模块逻辑稍微复杂点。

主要的代码写完只能算完成了一半的工作，还需要对我们写的代码进行测试，接下来实现main模块中的代码，如下：

from library_sys.book import Bookfrom library_sys.library import Libraryfrom library_sys.user import Student, Teacherif __name__ == "__main__":    print('*' * 20)    lib = Library()    print(lib.get_library_name())    print('*' * 20)    # 测试图书馆增加书籍    book1 = Book("Python从入门到实战", "未来编程实验室", "9781234567891", 5)    book2 = Book("Python Web开发实战", "未来编程实验室", "9789934567891", 10)    book3 = Book("人工智能入门", "未来编程实验室", "9788834567822", 50)    book4 = Book("Python从入门到实战", "未来编程实验室", "9781234567891", 2)    lib.add_book(book1)    lib.add_book(book2)    lib.add_book(book3)    lib.add_book(book4)    # 查询书籍    books = lib.search_book("9781234567891", True)    for b in books:        print(b)    print('-' * 20)    # 用户注册    s1 = Student("张三", 10000)    s2 = Student("李四", 10001)    t1 = Teacher("王五", 20000)    t2 = Teacher("赵六", 20001)    lib.register_user(s1)    lib.register_user(s2)    lib.register_user(t1)    lib.register_user(t2)    print('-' * 20)    # 借阅图书    lib.borrow_book(s1.user_id, book1.isbn, 5)    lib.borrow_book(s2.user_id, book1.isbn, 10)    lib.borrow_book(t1.user_id, book3.isbn, 10)    print(s1)    print('-' * 20)    # 用户借阅数量    print(f'{s1.username}借阅{len(s1)}本')    print(f'{s2.username}借阅{len(s2)}本')    print(f'{t1.username}借阅{len(t1)}本')    print('-' * 20)    # 归还图书    lib.return_book(s1.user_id, book1.isbn)    lib.return_book(t1.user_id, book3.isbn)    print('-' * 20)    print(lib)    # 测试单例模式，输出和lib应该一致    print('-' * 20)    lib2 = Library()    print(lib2)

你在练习时遇到了哪些问题？我们可以一起来讨论。