Python基础语法入门（五）—— 面向对象编程初探

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从本篇开始，我们将进入一个更高级但极为关键的编程范式—— 面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）。 在前四篇文章中，我们已经掌握了 Python 的基础语法、数据结构、函数使用、文件操作、异常处理以及模块与包的相关知识。现在，是时候深入理解如何通过“对象”来组织和构建更加复杂而灵活的程序了。 即使你是编程新手，也完全不必担心！本文将以贴近生活的例子配合清晰的代码演示，帮助你轻松掌握类、对象、属性、方法等核心概念。

1. 面向对象编程（OOP）是什么？

面向对象编程是一种以“对象”为核心来设计程序的思维方式。现实世界中的各种事物——比如汽车、学生、手机——都可以被抽象为程序中的“对象”。每个对象都具备两个基本特征： 属性（描述它的状态或特征）和 行为（它能执行的操作或动作）。 举个例子： 以“学生”作为一个对象来看：

• 属性：姓名、年龄、学号
• 行为：学习、参加考试、做自我介绍

Python 是一门支持面向对象特性的语言，它通过

class

（即“类”）来定义对象的模板，从而创建出具体的实例。

2. 类（Class）与对象（Object）的区别

- 类（Class）：相当于创建对象的“蓝图”或“模具”，规定了对象应具有的属性和方法。 - 对象（Object）：是根据类创建出来的具体实例，每一个对象都是独立的存在。 class Student:
    """学生类"""
    def __init__(self, name, age):
        # 初始化方法（构造方法）
        self.name = name # 实例属性
        self.age = age

    def introduce(self):
        # 实例方法
        print(f"大家好，我叫{self.name}，今年{self.age}岁。") 创建并使用对象： # 创建两个学生对象
stu1 = Student("小明", 18)
stu2 = Student("小红", 19)

# 调用方法
stu1.introduce() # 大家好，我叫小明，今年18岁。
stu2.introduce() # 大家好，我叫小红，今年19岁。 关键点说明： - __init__ 是一个特殊的方法，用于在创建对象时自动初始化其属性，也称为构造方法。 - self 指代当前正在操作的对象实例，必须作为实例方法的第一个参数声明，但在调用时无需手动传入。

__init__

self

3. 属性与方法详解

3.1 实例属性 vs 类属性

- 实例属性：属于单个对象，每个实例都有自己的一份副本（如每个人的姓名、年龄）。 - 类属性：由所有该类的实例共享，定义在类内部但不在任何方法中（如学校名称）。 class Student:
    school = "清华大学" # 类属性（所有学生都属于这所学校）

    def __init__(self, name):
        self.name = name # 实例属性 s1 = Student("张三")
s2 = Student("李四")

print(s1.school) # 清华大学
print(s2.school) # 清华大学

# 修改类属性（会影响所有实例）
Student.school = "北京大学"
print(s1.school) # 北京大学

3.2 实例方法、类方法与静态方法

不同类型的函数适用于不同的场景，以下是它们的对比：

类型	装饰器	第一个参数	用途
实例方法	无	self	用于操作实例属性
类方法	@classmethod	cls	操作类属性，或作为替代构造器
静态方法	@staticmethod	无	实现与类或实例无关的工具性功能

class MathTool:
    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b

    @classmethod
    def info(cls):
        return f"这是{cls.__name__}类提供的数学工具" print(MathTool.add(3, 5)) # 输出：8
print(MathTool.info()) # 输出：这是MathTool类提供的数学工具

4. OOP 三大特性：封装、继承、多态

4.1 封装（Encapsulation）

封装是指将数据（属性）和对数据的操作（方法）捆绑在一起，并对外隐藏内部实现细节，仅提供安全的访问接口。 在 Python 中，虽然没有真正的“私有成员”，但可以通过命名约定模拟访问控制：

• 单下划线 _variable：表示“受保护”，建议外部不要直接访问。
• 双下划线 __variable：触发名称改写（name mangling），防止子类意外覆盖，增强封装性。

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance):
        self.owner = owner
        self.__balance = balance # “私有”属性

    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self.__balance += amount

    def get_balance(self):
        return self.__balance # 通过公开方法安全获取余额 acc = BankAccount("王五", 1000)
acc.deposit(500)
print(acc.get_balance()) # 输出：1500
# print(acc.__balance) # 报错！AttributeError（无法直接访问）

_name

__name

4.2 继承（Inheritance）

继承允许子类获得父类的属性和方法，同时可以扩展或重写原有功能，提升代码复用性和可维护性。 （内容延续中……）

4.3 多态（Polymorphism）

多态指的是不同类的实例对象可以对同一个方法调用产生不同的行为响应。只要这些类实现了相同的方法接口，就可以在不关心具体类型的情况下统一处理。

def make_animal_speak(animal):
    animal.speak()  # 只需确保对象有 speak 方法即可

例如：

make_animal_speak(dog)  # 输出：旺财 汪汪叫！
make_animal_speak(cat)  # 输出：咪咪 喵喵叫～

???? 利用多态特性，程序设计更加灵活，新增类型时无需修改原有逻辑，提升了系统的可扩展性。

继承机制：复用与扩展

在面向对象编程中，子类能够继承父类所定义的属性和方法，并可根据需要进行功能扩展或方法重写。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 发出声音")

class Dog(Animal):  # Dog 类继承自 Animal
    def speak(self):  # 重写 speak 方法
        print(f"{self.name} 汪汪叫！")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 喵喵叫～")

创建实例并调用方法：

dog = Dog("旺财")
cat = Cat("咪咪")
dog.speak()  # 旺财 汪汪叫！
cat.speak()  # 咪咪 喵喵叫～

? 通过继承，提高了代码的复用率，同时使结构层次更清晰、易于维护。

5. 综合案例：简易图书管理系统（OOP 版）

使用面向对象思想构建一个基础的图书管理模块，包含书籍信息管理和借阅状态控制。

class Book:
    def __init__(self, title, author, isbn):
        self.title = title
        self.author = author
        self.isbn = isbn
        self.is_borrowed = False  # 默认未借出

    def borrow(self):
        if not self.is_borrowed:
            self.is_borrowed = True
            print(f"《{self.title}》已借出")
        else:
            print(f"《{self.title}》已被借走")

    def return_book(self):
        self.is_borrowed = False
        print(f"《{self.title}》已归还")

图书馆类用于管理所有书籍：

class Library:
    def __init__(self):
        self.books = []

    def add_book(self, book):
        self.books.append(book)

    def find_book(self, title):
        for book in self.books:
            if book.title == title:
                return book
        print("未找到该书")
        return None

实际应用示例：

lib = Library()
book1 = Book("Python入门", "张三", "978-123")
lib.add_book(book1)

b = lib.find_book("Python入门")
if b:
    b.borrow()      # 《Python入门》已借出
    b.borrow()      # 《Python入门》已被借走
    b.return_book() # 《Python入门》已归还

6. 何时应采用面向对象编程？

? 推荐使用 OOP 的典型场景包括：

• 程序涉及多个具有状态和行为的实体，如用户、商品、订单等；
• 需要实现代码的高复用性和后期扩展能力，比如多种动物类型、员工角色等；
• 项目规模较大，需通过类和对象组织代码结构，提升可读性和可维护性。

? 对于简单的脚本任务（如一次性数据清洗或文件处理），通常使用函数式编程更为直接高效，不必强行引入类结构。

核心知识点总结

概念	说明
类（Class）	作为对象的模板，通过 class 定义
对象（Object）	类的具体实例，通过 类名() 创建
初始化方法	__init__ 用于设置对象初始属性
封装	隐藏内部实现细节，仅暴露安全的操作接口
继承	子类可复用父类功能，并支持按需重写方法
多态	同一接口在不同对象上有不同的实现方式

面向对象编程并非初学阶段必须完全掌握的内容，但在实际开发中后期能显著提升代码质量与协作效率。建议通过实践小项目加强理解，例如学生信息管理、游戏角色系统、购物车模块等。

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