小学Python系列少儿编程课程《第7章 神秘的类和对象》课件

Python少儿编程第七章神秘的类和对象目录1.1“小海龟”的自我介绍1.2“小海龟”的画布1.3“小海龟”的画笔1.4多彩的图画1.5多彩的图画PART01面向对象的编程世界面向对象的编程世界1传统的程序设计方法被称为面向过程的程序设计。面向过程程序设计的核心是过程，即解决问题的步骤。面向对象程序设计（objectorientedprogramming，OOP）是将所有预处理的问题抽象为对象，并将相应的属性和行为封装起来，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性。现实世界中，对象就是客观存在的某一事物，如一个人、一辆自行车等。而面向对象的编程世界中，对象具有属性和行为两个特征，每个对象都有各自的属性和行为。而类是对这些具有共同特征的对象的概括、归纳和抽象表达。例如，将人抽象为“人”类，它具有名字、性别等属性，行走、吃饭等行为，那么具体的名字为“小明”“小红”的个体就是“人”类的对象，具体关系如图7-1所示。面向对象的编程世界1图7-1类和对象的关系面向对象程序设计思想是把事物的属性和行为包含在类中。其中，事物的属性作为类的变量，事物的行为作为类的方法，而对象则是类的一个实例。因此，想要创建对象，需要先定义类。PART02真实事物的抽象类的定义2.1Python中定义类的语法格式如下。class类名:

类体其中，class是Python的关键字，用于声明类；类名必须是合法标识符，通常是一个有意义的名称；类体定义类的内部实现，一般包括变量和方法的定义。定义类时应注意以下几点。（1）类名的首字母一般需要大写，如Car。（2）类名后必须紧跟冒号。（3）类体相对于class关键字必须保持一定的空格缩进。例如，定义一个Person类，包含姓名属性和说话行为，可以用下面代码实现。类的定义2.1classPerson: #定义Person类name='小蓝' #定义姓名变量defspeak(self): #定义说方法print('大家好！')在上述代码中，使用class定义了一个名为Person的类，类中有一个name变量和一个speak()方法。从代码中可以看出，方法的定义格式和函数是一样的，主要区别在于，方法必须显式地声明一个self参数，且须位于参数列表的开头。self参数将在7.2.3节中详细介绍。创建对象2.2对象名=类名()Python中创建对象的语法格式如下。创建对象后，可以使用它来访问类中的变量和方法，其语法格式如下。对象名.变量名对象名.方法名([参数])创建对象2.2【例7-1】

创建对象，访问类中的变量和方法。【运行结果】

程序运行结果如图7-2所示。【参考代码】classPerson: #定义Person类name='小蓝' #定义姓名变量defspeak(self): #定义说方法print('大家好！')person=Person() #创建对象person.speak() #调用类中的方法print('我是{}'.format()) #访问类中的变量图7-2例7-1程序运行结果self参数2.3在Python中，一个类可以生成无数个对象，当一个对象的方法被调用时，对象会将自身的引用作为第一个参数（即方法的self参数），传递给该方法。这样，Python就知道需要操作哪个对象的方法了。带self参数的方法也称作实例方法，在类的实例方法中访问实例变量时，须以self为前缀，但在外部通过对象名调用实例方法时不需要传递该参数。【例7-2】

self参数的使用。【参考代码】classPerson: #定义Person类defnamed(self,name): #定义命名的方法=name #赋值defspeak(self): #定义显示名字的方法print('我的名字是{}'.format()) #输出名字self参数2.3【运行结果】

程序运行结果如图7-3所示。【参考代码】xiaolan=Person() #创建对象xiaoland('小蓝') #xiaolan调用named()方法xiaowu=Person() #创建对象xiaowud('小舞') #xiaowu调用named()方法xiaolan.speak() #xiaolan调用speak()方法xiaowu.speak() #xiaowu调用speak()方法图7-3例7-2程序运行结果构造方法2.4构造方法的固定名称为__init__()，当创建类的对象时，系统会自动调用构造方法，实现对象的初始化操作。【例7-3】

构造方法示例。【参考代码】classPerson: #定义Person类#构造方法，定义变量并赋初值def__init__(self):='小蓝'self.snack='薯条'defeat(self): #定义方法，输出变量print('{}喜欢的零食是{}'.format(,self.snack))xiaolan=Person() #创建对象xiaolan.eat() #调用eat()方法构造方法2.4【运行结果】

程序运行结果如图7-4所示。图7-4例7-3程序运行结果【程序说明】

在该程序中，第3～5行实现了__init__()方法，给Person类添加了name和snack属性并赋初值，在eat()方法中访问了name和snack的值。上例中，无论创建多少个Person类的对象，name和snack变量的初始值都是默认值。如果想要为不同对象初始化不同的值，可使用有参构造方法，即在构造方法中设置形参。创建对象时，为不同对象传入不同的实参，并将每个对象的变量初始化为实参的值。构造方法2.4【例7-4】

有参构造方法示例。【参考代码】classPerson: #定义Person类#构造方法，定义变量并赋初值def__init__(self,name,snack):=nameself.snack=snackdefeat(self): #定义方法，输出变量print('{}喜欢的零食是{}'.format(,self.snack))xiaolan=Person('小蓝','薯条') #创建对象xiaolanxiaolan.eat() #xiaolan调用eat()方法xiaowu=Person('小舞','冰激凌') #创建对象xiaowuxiaowu.eat() #xiaowu调用eat()方法构造方法2.4【运行结果】

程序运行结果如图7-5所示。图7-5例7-4程序运行结果【程序说明】在该程序中，第3～5行定义了带参数的构造方法，定义了两个参数name和snack，创建对象时，可为不同对象传入不同的参数值。析构方法2.5创建对象时，Python解释器会默认调用构造方法；当需要删除一个对象来释放其所占的资源时，Python解释器会调用析构方法。析构方法的固定名称为__del__()，程序结束时会自动调用该方法，也可以使用del语句手动调用该方法删除对象。【例7-5】

比较下面两个程序，分析输出结果。【参考代码】【代码一】classPerson():def__init__(self): #构造方法print('---调用构造方法创建对象---')def__del__(self): #析构方法print('---调用析构方法删除对象---')person=Person() #创建对象print('---程序结束---')析构方法2.5【参考代码】（续）【代码二】classPerson():def__init__(self): #构造方法print('---调用构造方法创建对象---')def__del__(self): #析构方法print('---调用析构方法删除对象---')person=Person() #创建对象delperson #删除对象print('---程序结束---')析构方法2.5【运行结果】

代码一运行结果如图7-6所示，代码二运行结果如图7-7所示。图7-6代码一运行结果

图7-7代码二运行结果【程序说明】

以上两段代码的区别在于：代码二在程序结束前使用del语句手动调用析构方法删除对象，因此，先输出“---调用析构方法删除对象---”；而代码一没有使用del语句，因此，在程序结束时才调用析构方法，后输出“---调用析构方法删除对象---”。PART03类变量和实例变量类变量和实例变量3Python类中定义的变量包括两种：类变量和实例变量，它们有以下两点区别。（1）类变量是在类中所有方法外定义的；实例变量一般是指在构造方法__init__()中定义的，在类中定义和使用时必须以self作为前缀。（2）类变量属于类，可以通过类名或对象名访问；而实例变量属于实例（即对象），在主程序中（或类的外部）只能通过对象名访问。与很多面向对象程序设计语言不同，Python允许在类外部动态地为类和对象增加变

这是Python动态类型特点的重要体现。提示类变量和实例变量3【参考代码】classToy: #定义Toy类type='小车' #初始化类变量def__init__(self,color):self.color=color #初始化实例变量toy=Toy('红色') #创建对象#访问类变量和实例变量并输出print(Toy.type,toy.type,toy.color)Toy.wheelNum=4 #增加类变量toy.price=5 #增加实例变量#访问增加的类变量和实例变量并输出print(Toy.wheelNum,toy.wheelNum,toy.price)类变量和实例变量3【运行结果】

程序运行结果如图7-8所示。图7-8例7-6程序运行结果【程序说明】

Toy类中定义的type和动态为类增加的wheelNum都为类变量，因此，它们都属于类，可以通过类名或对象名访问。但构造方法中定义的color和动态为对象toy增加的price都为实例变量，因此，它们只能通过对象名访问，如果用类名进行访问会提示错误信息。例如，在程序的末尾增加一条语句“print(Toy.color)”，程序运行出错，提示Toy对象没有color属性，运行结果如图7-9所示。类变量和实例变量3图7-9错误提示如果类中有相同名称的类变量和实例变量，通过对象名访问变量时获取的是实例变量的值，通过类名访问变量时获取的是类变量的值。类变量和实例变量3【例7-7】

类中有相同名称的类变量和实例变量示例。【参考代码】classToy: #定义Toy类color='白色' #初始化类变量def__init__(self):self.color='红色' #初始化实例变量toy=Toy() #创建对象print(Toy.color,toy.color) #访问类变量和实例变量并输出类变量和实例变量3【运行结果】

程序运行结果如图7-10所示。图7-10例7-7程序运行结果【程序说明】

从程序运行结果可以看出，类变量和实例变量的名字相同，都为color，通过类名Toy访问color（Toy.color）时获取的是类变量的值“白色”，而通过对象名toy访问color（toy.color）时获取的是实例变量的值“红色”。PART04面向对象编程的三大特征封装4.1封装是面向对象编程的核心思想，它将对象的属性和行为封装起来（其载体是类），隐藏其实现细节，用户只需通过接口来操作对象。好比用户使用计算机时，通过键盘就可以实现一些功能，无须知道计算机内部是如何工作的。具体来说，封装有两个层面的含义。（1）将客观事物封装成抽象的类，类中的变量和方法只能通过类名或对象名加“.”的方式来访问，前面介绍的例子其实都是这一层面的封装。（2）将类的某些变量和方法隐藏在类内部，不允许用户直接访问，或者留下少量的方法供外部访问。下面重点介绍第二层面的封装。为了更好地实现数据的封装和保密性，可以将类中的变量和方法设置成私有的，然后在类中定义一个方法（也称接口函数），在它内部访问被隐藏的变量和方法，而外部可以通过接口函数进行访问。在Python中，私有化变量或方法时只需在名字前加两个下划线“__”即可。封装4.1【例7-8】

私有化变量和方法。【参考代码】classPeople: #定义People类def__init__(self,name,age):=nameself.__age=age #定义私有变量__agedef__sayHello(self): #定义私有方法print('Hello，大家好')defgreeting(self): #定义接口函数，调用私有方法self.__sayHello()defgetAge(self): #定义接口函数，返回私有变量__age的值returnself.__agexiaolan=People('小蓝',10) #创建对象xiaolan.greeting() #调用接口函数#访问实例变量和调用接口函数并输出print('我叫{}，今年{}岁了。'.format(,xiaolan.getAge()))封装4.1【运行结果】

程序运行结果如图7-11所示。图7-11例7-8程序运行结果封装4.1如果在类外部调用私有方法或访问私有变量，就会提示错误信息。例如，在程序的末尾增加两条语句“xiaolan.__sayHello()”和“print(xiaolan.__age)”，程序运行出错，结果如图7-12所示。出现上述问题的原因是“__sayHello()”为私有方法，类的外部无法调用类的私有方法。同理，如果程序执行到“print(xiaolan.__age)”时，也会提示类似的错误信息。图7-12错误提示继承4.21．单继承在Python中，当一个子类只有一个父类时称为单继承。定义子类的语法格式如下。class子类名(父类名):子类可以继承父类的所有公有变量和公有方法，但不能继承其私有变量和私有方法。【例7-9】

单继承示例。【参考代码】classAnimal: #定义Animal类type='动物' #定义变量typefood='食物' #定义变量fooddefeat(self): #定义方法输出type和foodprint('{}吃{}'.format(self.type,self.food))继承4.21．单继承【参考代码】（续）classCat(Animal): #定义Cat类继承Animal类pass #空语句cat=Cat() #创建对象cat.eat() #调用父类方法cat.type='猫' #修改typecat.food='鱼' #修改foodcat.eat() #调用父类方法【运行结果】

程序运行结果如图7-13所示。图7-13例7-9程序运行结果【程序说明】

上述代码中定义了Animal类，包含type和food变量，以及eat()方法；然后定义了Cat子类继承Animal类，不执行任何操作；最后创建Cat类对象，修改父类中的变量，并调用父类中的方法。从程序的运行结果可以看出，子类继承了父类的变量和方法。继承4.22．多继承多继承指一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。例如，沙发床是沙发和床的功能的组合，儿子喜欢做爸爸和妈妈喜欢做的事。多继承可以看作是对单继承的扩展，其语法格式如下。class子类名(父类名1,父类名2……):【例7-10】

多继承示例。【参考代码】classDadLikeDo: #定义DadLikeDo类defbasketball(self): #定义打篮球方法print('打篮球')继承4.22．多继承【参考代码】（续）classMomLikeDo: #定义MomLikeDo类defsing(self): #定义唱歌方法print('唱歌')#定义SonLikeDo类，继承DadLikeDo类和MomLikeDo类classSonLikeDo(DadLikeDo,MomLikeDo):defdance(self): #定义跳舞方法print('跳舞')son=SonLikeDo() #创建对象print('儿子喜欢做的事：')son.basketball() #调用DadLikeDo类的方法son.sing() #调用MomLikeDo类的方法son.dance() #调用SonLikeDo类的方法继承4.22．多继承【运行结果】

程序运行结果如图7-14所示。图7-14例7-10程序运行结果【程序说明】

上述代码中定义了DadLikeDo类，包含basketball()方法，以及定义了MomLikeDo类，包含sing()方法；然后定义了继承DadLikeDo类和MomLikeDo类的子类SonLikeDo，包含dance()方法；最后创建SonLikeDo类的对象，分别调用basketball()、sing()和dance()方法。从程序输出的结果可以看出，子类同时继承了多个父类的方法。继承4.23．方法重写当父类中的方法无法满足子类需求或子类具有特有功能时，可以在子类中重写父类的方法，即子类中的方法会覆盖父类中同名的方法，以实现不同于父类的功能。【例7-11】

重写父类的方法示例。【参考代码】classStudent: #定义Student类name='xx' #定义变量namedefcategory(self): #定义方法category()print(+'是学生')继承4.23．方法重写【参考代码】（续）classPupil(Student): #定义Pupil类继承Student类defcategory(self): #重写category()方法print(,'是小学生')classJunior(Student): #定义Junior类继承Student类defcategory(self): #重写category()方法print(,'是初中生')xioalan=Pupil() #创建Pupil类对象='小蓝' #修改namexioalan.category() #调用category()方法xiaoming=Junior() #创建Junior类对象='小明' #修改namexiaoming.category() #调用category()方法继承4.23．方法重写【运行结果】

程序运行结果如图7-15所示。图7-15例7-11程序运行结果【程序说明】

从程序的输出结果可以看出，在调用Pupil类和Junior类对象的category()方法时，只调用了子类中重写的方法，不会再调用父类的category()方法。如果需要在子类中调用父类的方法，可以使用内置函数super()或通过“父类名.方法名()”来实现。继承4.23．方法重写【例7-12】

子类调用父类的方法示例。【参考代码】classStudent: #定义Student类def__init__(self,name,age): #构造方法，传递name和age=nameself.age=agedefshowInfo(self): #定义showInfo()方法，输出name和ageprint('姓名：{}；年龄：{}'.format(,self.age))继承4.23．方法重写【参考代码】（续）classPupil(Student): #定义Pupil类继承Student类#构造方法，传递name、age和sexdef__init__(self,name,age,sex):super().__init__(name,age) #调用父类构造方法self.sex=sexdefshowInfo(self):Student.showInfo(self) #调用父类showInfo()方法print('性别：{}'.format(self.sex)) #输出sexxiaolan=Pupil('小蓝',10,'女') #创建对象xiaolan.showInfo() #调用showInfo()方法继承4.23．方法重写【运行结果】

程序运行结果如图7-16所示。图7-16例7-12程序运行结果【程序说明】

以上代码中定义了Student类，在该类的__init__()方法中定义了name和age变量。然后定义了继承Student类的子类Pupil，在该类中重写了构造方法__init__()，使用super()函数调用父类的构造方法，并添加了自定义变量sex，使Pupil类既拥有自定义的sex，又拥有父类的name和age；还重写了showInfo()方法，使用父类名调用了父类的showInfo()方法输出name和age，又输出了sex。多态4.3在Python中，多态指的是一类事物有多种形态，如一个父类有多个子类，因而多态的概念依赖于继承。而多态性可以这样描述：向不同的对象发送同一条消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为（即方法）。也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应同一消息（调用函数）。【例7-13】

多态示例。【参考代码】classPerson: #定义Person类def__init__(self,name): #构造方法，定义name=namedefwho(self): #定义who()方法print('我是一个人,我的名字是{}'.format())多态4.3【参考代码】（续）classStudent(Person): #定义Student类，继承Person类def__init__(self,name,score): #重写构造方法super().__init__(name)self.score=scoredefwho(self): #重写who()方法print('我是一个学生,我的名字是{}，我的语文成绩是{}'.format(,self.score))classTeacher(Person): #定义Teacher类，继承Person类def__init__(self,name,course):#重写构造方法super().__init__(name)self.course=coursedefwho(self): #重写who()方法print('我是一个老师,我的名字是{}，我教{}'.format(,self.course))多态4.3【参考代码】（续）defshowInfo(x): #定义函数用于接收对象x.who() #调用who()方法#创建对象p=Person('小蓝')s=Student('小明',88)t=Teacher('唐果','语文')#调用函数showInfo(p)showInfo(s)showInfo(t)多态4.3【运行结果】

程序运行结果如图7-17所示。图7-17例7-13程序运行结果【程序说明】

上述代码中首先定义了Person类，包含who()方法；然后定义了继承Person类的两个子类Student和Teacher，分别在这两个类中重写了who()方法；接着定义了带参数的sh