Python程序设计基础-教学课件 第8章 面向对象程序设计

第8章

面向对象程序设计目录8.1类与对象8.2类的成员8.48.58.7类的继承8.38.68.8成员可见性特殊方法封装多态运算符重载8.1类与对象类和对象的关系即为数据类型与变量的关系，根据一个类可以创建多个对象，而每个对象只能是某一个类的对象。类规定了可以用于存储什么类型数据，而对象用于实际存储数据，每个对象可存储不同的数据，数据即属性。例如，有一个教师类，其中包括教师工号和姓名两个属性，则根据教师类可以创建多个教师对象，每个教师对象可以具有不同的教师工号和姓名信息。

8.1.1类的定义在一个类中，除了可以包含前面所说的属性，还可以包含各种方法。属性对应一个类可以用来保存哪些数据，而方法对应一个类可以支持哪些操作（即数据处理）。类中的属性对应前面所学习的变量，而类中的方法对应前面所学习的函数。通过类，可以把数据和操作封装在一起，从而使得程序结构更加清晰，这也就是所谓类的封装性。类的语法格式如下所示：

class类名:

属性名=属性值

def方法名(self):

方法体

8.1.2对象的创建与使用

对象可以是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则，计划或事件；它能够直接反映现实生活中的事物，例如人、车、小鸟等。根据类创建对象的语法格式如下：对象名=类名()【例8-2】创建教师类Teacher对象示例。teacher=Teacher()

对象的使用本质上就是对类或对象成员的使用，即访问属性或调用方法。访问属性或调用方法的语法格式如下所示：

对象名.属性名

对象名.方法名()

8.2类的成员——属性属性是类的成员之一，它是类的实例的状态。属性按照声明的方式分为类属性和实例属性两种。（1）类属性类属性是声明在类内部、方法外部的属性。类属性可以通过类和对象进行访问，但只能通过类进行修改。8.2类的成员——属性（2）实例属性实例属性是在方法内部声明的属性，Python支持动态添加实例属性。下面从访问实例属性、修改实例属性和动态添加实例属性3个方面对实例属性进行介绍。1）访问实例属性实例属性只能通过对象进行访问。【例8-5】访问实例属性示例。classTeacher:department="SoftwareEngineering"defplace(self):self.address="Liaoning"#添加实例对象

teacher=Teacher()teacher.place()print(teacher.address)print(Teacher.address)运行结果：Liaoning---------------------------------------------------------------------------------AttributeErrorTraceback(mostrecentcalllast)<ipython-input-2-f62de8e93d45>in<module>

7teacher.place()

8print(teacher.address)---->9

print(Teacher.address)AttributeError:typeobject'Teacher'hasnoattribute'address'8.2类的成员——属性2）修改实例属性实例属性通过对象进行修改。【例8-6】修改实例属性示例。classTeacher:department="SoftwareEngineering"defplace(self):self.address="Liaoning"#添加实例对象

teacher=Teacher()teacher.place()teacher.address="Shandong"print(teacher.address)运行结果：Shandong8.2类的成员——属性3）动态添加实例属性Python支持在类的外部使用对象动态地添加实例属性。【例8-7】动态添加实例属性示例。classTeacher:department="SoftwareEngineering"defplace(self):self.hometown="Liaoning"#添加实例属性

teacher=Teacher()teacher.place()="Lidan"#添加实例属性teacher.age=35#添加实例属性

print(f"该教师名字为：{}")print(f"该教师年龄为：{teacher.age}")print(f"该教师籍贯为：{teacher.hometown}")print(f"该教师所在的系为：{teacher.department}")运行结果：该教师名字为：Lidan该教师年龄为：35该教师籍贯为：Liaoning该教师所在的系为：SoftwareEngineering8.2类的成员——方法Python中的方法按定义方式和用途可以分为三类：实例方法、类方法和静态方法。（1）实例方法实例方法是类中定义的函数，它们的第一个参数通常是“self”，表示对类的实例对象的引用。实例方法可以访问并操作类的属性和方法，只能通过对象调用。【例8-8】实例方法示例。classTeacher:department="SoftwareEngineering"defplace(self):#定义实例方法

self.hometown="Liaoning"print("我是实例方法")print(self.hometown)

teacher=Teacher()teacher.place()Teacher.place()运行结果：我是实例方法Liaoning----------------------------------------------------------------------------------TypeErrorTraceback(mostrecentcalllast)<ipython-input-7-d4f1d0055d0c>in<module>

7teacher=Teacher()

8teacher.place()---->9

Teacher.place()TypeError:place()missing1requiredpositionalargument:'self'8.2类的成员——方法（2）类方法类方法是指定义在类内部，使用装饰器@classmethod修饰的方法。类方法的语法格式如下所示：

@classmethoddef类方法名(cls):方法体类方法中的参数列表的第一个参数为cls，代表类本身（类似于实例方法中的self），它会在类方法被调用时自动接收由系统传递的调用该方法的类。类方法可以通过类和对象调用。8.2类的成员——方法（3）静态方法静态方法是定义在类内部，使用装饰器@staticmethod修饰的方法。与类方法相比，静态方法没有任何默认参数，它适用于与类无关的操作，或者无需使用类成员的操作。【例8-11】静态方法示例。classTeacher:department="SoftwareEngineering"@staticmethoddefplace():#定义静态方法

print("我是静态方法")

teacher=Teacher()teacher.place()#通过对象调用静态方法Teacher.place()#通过类调用静态方法

运行结果：我是静态方法我是静态方法Python

中没有关键字去修饰成员，默认

Python

中所有的成员都是公有成员，可以在类的外部通过类或对象随意访问。8.3成员可见性——公有成员【例8-13】公有成员示例。classStudent:address='辽宁'#属性stu=Student()#实例对象print(Student.address)#通过类访问属性并输出print(stu.address)#通过实例对象访问属性并输出运行结果：辽宁辽宁结果分析：此代码定义一个Student类，接着定义一个属性address，创建对象stu。从以上结果可以看出，类的公有成员属性可以在类的外部通过类或对象随意访问。根据公有成员在安全上的局限性，为保证类中数据的安全，Python

支持将公有成员改成私有成员，在一定程度上限制在类的外部对类的访问。Python

通过在类成员的名称前面添加上双下划线（__）的方式来表示私有成员，语法格式如下所示：__属性名__方法名8.3成员可见性——私有成员在

Python

中，类的保护成员是指以一个下划线开头的成员变量或方法，例如

_address、_getschool()

。受保护的成员可以在类的内部和子类中访问，但是在类的外部不应该直接访问。8.3成员可见性——保护成员【例8-16】保护成员示例。classStudent:_address="辽宁"def_getschool(self):print("我在"+self._address+"上大学")stu=Student()

stu._getschool()#访问保护型方法print(stu._address)

#访问保护型属性运行结果：我在辽宁上大学辽宁Python

中，类的构造方法为

__init__()

方法，创建对象时系统自动调用，负责在创建对象时对对象进行初始化。每个类默认都有一个

__init__()

方法，可以在类中显式定义

__init__()

方法。__init__()

方法可以分为无参构造方法和有参构造方法。8.4.1构造方法当使用无参构造方法创建对象时，所有对象的属性都有相同的初始值。1当使用有参构造方法常见对象时，所有对象的属性可以有不同的初始值。28.4.1构造方法【例8-17】无参构造方法示例。classStudent:def__init__(self):="张三"defeat(self):print(f'{}在吃饭')stu_one=Student()stu_one.eat()stu_two=Student()stu_two.eat()运行结果：张三在吃饭张三在吃饭【例8-18】有参构造方法示例。classStudent:def__init__(self,name):=namedefeat(self):print(f'{}在吃饭')stu_one=Student("张三")stu_one.eat()stu_two=Student("李四")stu_two.eat()运行结果：张三在吃饭李四在吃饭8.4.2析构方法

析构方法是类的另一个内置方法，其方法名为

__del__()

，在销毁一个对象时系统自动调用的方法，负责完成待销毁对象的资源清理工作，如关闭文件等。每个类默认都有一个

__del__()

方法，也可以显式定义析构方法。【例8-19】析构方法示例。classStudent:def__init__(self,name):#定义构造方法

=nameprint(f"姓名为{}的对象被创建!")def__del__(self):#定义析构方法

print(f"姓名为{}的对象被销毁！")

deffunc(name):stu=Student(name)#创建Student类对象stu

stu_one=Student("张三")#创建Student类对象stu_onestu_two=Student("李四")#创建Student类对象stu_twostu_three=stu_twodelstu_two#使用del删除对象stu_twofunc("吴六")#调用func函数delstu_three#使用del删除对象stu_threestu_four=Student("刘七")运行结果：姓名为张三的对象被创建!姓名为李四的对象被创建!姓名为吴六的对象被创建!姓名为吴六的对象被销毁！姓名为李四的对象被销毁！姓名为刘七的对象被创建!8.5

封装

封装是面向对象的重要特性之一，它的基本思想是对外隐藏类的细节，将数据和方法封装在一个单独的类中，使得外部无法直接访问和修改数据，只能通过类的方法来访问和修改数据。封装的目的是隐藏类的内部实现细节，使得类的用户只需要关心类提供的公共接口，而不关心类的内部实现，这在一定程度上保证了类内数据的安全。为了契合封装思想，在定义类时需要满足以下两点要求。添加两类供外界调用的公有方法，分别用于设置或获取私有属性的值。将类属性声明为私有属性。02018.6类的继承——单继承

在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，称为单继承，即子类只继承一个父类。现实生活中，蝴蝶犬、贵妇犬、边牧犬都属于狗类，它们之间存在的继承关系即为单继承。Python中单继承的语法格式如下所示：class子类名（父类名）子类继承父类的同时会自动拥有父类的公有方法和属性。若在定义时没有指明该类的父类，那么该类自动继承object类。8.6类的继承——多继承

现实生活中很多事物是多个事物的组合，让他们同时具有多个实物的特征或行为，例如房车是房屋和汽车的组合，既具有房屋的居住行为，也具有汽车的行驶行为。玩具车是玩具和车的组合，既有玩具的特性也有车的特征。

在类层次中，子类继承了多个父亲的数据结构和方法，称为多继承。程序中的一个类可以继承多个类，即子类具有多个父类，也自动拥有所有父类的公有成员。Python中多继承的语法格式如下所示：class子类名(父类名1,父类名2,…):8.6类的继承——重写在子类中定义与父类方法同名的方法，在方法中按照子类需求重新编写功能代码即可。【例8-25】重写示例。classAnimal:defmake_sound(self):print("Animalmakessound")

classDog(Animal):defmake_sound(self):#重写的方法

print("Dogbarks")

#使用示例animal=Animal()animal.make_sound()dog=Dog()dog.make_sound()#子类调用了重写的方法运行结果：AnimalmakessoundDogbarks重写的目的是为了实现多态（Polymorphism），即同样的方法名可以在不同的类中实现不同的行为。通过重写，可以在子类中实现与父类中同名的方法，以实现不同的行为，从而实现多态。8.7

多态多态是面向对象的重要特性之一，它的直接表现即让不同类的同一功能可以通过同一个接口调用，表现出不同的行为。【例8-27】多态示例。classAnimal(object):defeat(self):print('动物会吃')classDog(Animal):defeat(self):print('狗吃骨头')classCat(Animal):defeat(self):print('猫吃鱼')classPerson:defeat(self):print('人吃五谷杂粮')deffun(obj):obj.eat()fun(Animal())fun(Dog())fun(Cat())fun(Person())运行结果：动物会吃狗吃骨头猫吃鱼人吃五谷杂粮此代码定义一个动物类Animal，猫类Cat和狗类Dog都继承动物类Animal，定义一个人类Person，为这四个类都定义一个方法eat()，接着定义一个函数，此函数通过同一个接口obj分别调用了动物类Animal、狗类Dog、猫类Cat和人类Person的eat()方法，不同的对象收到同一消息产生不同的结果，体现了面向对象的多态性。8.8运算符重载在

Python

中，可以通过在类中定义特殊方法来实现运算符重载。运算符重载是指赋予内置运算符新的功能，使内置运算符能适应更多的数据类型。在

Python

中，可以重载很多不同的运算符，例如+、-、*、/、==、<等等。每个运算符都对应一个特殊方法，可以在类中定义这些特殊方法来重载对应的运算符。下面是一些常用的运算符及其对应的特殊方法：·

+

运算符对应__add__

方法：在类中定义__add__

方法来重载+

运算符，以实现加法运算。·

-

运算符对应__sub__

方法：在类中定义__sub__

方法来重载-

运算符，以实现减法运算。·

*

运算符对应__mul__

方法：在类中定义__mul__

方法来重载*

运算符，以实现乘法运算。·

/

运算符对应__truediv__

方法：在类中定义__truediv__

方法来重载/

运算符，以实现除法运算。//

运算符对应__floordiv__

方法：在类中定义__floordiv__

方法来重载//

运算符，以实现整除运算。8.8运算符重载

%运算符对应__mod__方法：在类中定义__mod__方法来重载%运算符，以实现取模运算。**运算符对应__pow__方法：在类中定义__pow__