Python面向对象

面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）是一种编程范式，Python 是一种多范式的语言，支持面向对象编程。在 Python 中，一切皆为对象，对象可以包含数据（属性）和操作数据的方法（方法）。下面详细介绍 Python 中面向对象编程的基本概念和用法。

1. 类（Class）和对象（Object）

类：类是对象的抽象，是创建对象的蓝图或模板。在 Python 中使用 class 关键字定义类。
对象：对象是类的实例，具体的数据实体。可以通过类来创建多个对象，每个对象都有自己的属性和方法。

示例：定义一个简单的类和创建对象

class Person:
    # 初始化方法（构造函数）
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # 实例方法
    def greet(self):
        return f"Hello, my name is {self.name} and I am {self.age} years old."

# 创建对象
person1 = Person("Alice", 30)
person2 = Person("Bob", 25)

# 访问属性和调用方法
print(person1.name)  # 输出: Alice
print(person2.greet())  # 输出: Hello, my name is Bob and I am 25 years old.

2. 类的构造方法 `init`

__init__ 方法是 Python 类的构造函数，在创建对象时自动调用，用于初始化对象的属性。第一个参数通常为 self，代表实例本身，后续参数为初始化时传入的其他参数。

3. 实例方法

实例方法是绑定到对象上的函数，第一个参数通常为 self，表示对象实例本身，可以访问和操作对象的属性和方法。

4. 继承（Inheritance）

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法，从而实现代码重用和层次化组织。

# 父类
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")

# 子类继承父类
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Meow!"

# 创建对象并调用方法
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.speak())  # 输出: Buddy says Woof!
print(cat.speak())  # 输出: Whiskers says Meow!

5. 多态（Polymorphism）

多态性允许使用相同的方法名在不同的子类中实现不同的行为。在 Python 中，多态性通过继承和方法重写实现。

6. 封装（Encapsulation）

封装是将数据和方法打包到一个单元中，通过访问控制实现对数据的保护，避免直接访问和修改对象的内部状态。

7. 访问控制

Python 中使用以下命名约定来模拟访问控制：

公有属性和方法：默认是公有的，可以直接访问。
私有属性和方法：以双下划线 __ 开头，无法被外部直接访问，但可以通过特定方式访问（名称修饰）。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.public_var = 10
        self.__private_var = 20

    def public_method(self):
        return "This is a public method."

    def __private_method(self):
        return "This is a private method."

    def access_private_method(self):
        return self.__private_method()

obj = MyClass()
print(obj.public_var)  # 输出: 10
print(obj.public_method())  # 输出: This is a public method.
print(obj.access_private_method())  # 输出: This is a private method.

8. 类属性和实例属性

类属性：属于类本身的属性，被所有实例共享。
实例属性：属于实例的属性，每个实例都有自己的副本。

class Car:
    # 类属性
    wheels = 4

    def __init__(self, make, model):
        # 实例属性
        self.make = make
        self.model = model

# 访问类属性
print(Car.wheels)  # 输出: 4

# 创建对象并访问实例属性
my_car = Car("Toyota", "Corolla")
print(my_car.make)  # 输出: Toyota

9. 类方法和静态方法

类方法：使用 @classmethod 装饰器定义的方法，第一个参数为类本身（cls）。
静态方法：使用 @staticmethod 装饰器定义的方法，没有参数限制，通常用于实现与类相关但不依赖实例和类的逻辑。

class MyClass:
    class_var = 10

    @classmethod
    def class_method(cls):
        return cls.class_var

    @staticmethod
    def static_method():
        return "This is a static method."

print(MyClass.class_method())  # 输出: 10
print(MyClass.static_method())  # 输出: This is a static method.

10. 特殊方法（Magic Methods）

特殊方法是以双下划线开头和结尾的方法，用于实现对象的特定行为和操作，如初始化、字符串表示、比较等。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)

v1 = Vector(2, 3)
v2 = Vector(4, 5)
print(v1 + v2)  # 输出: Vector(6, 8)

11. 总结

通过面向对象编程，可以更加模块化和结构化地组织代码，提高代码的复用性、可维护性和扩展性。Python 提供了丰富的面向对象编程特性和语法支持，使得在实现类和对象时可以更加灵活和高效。