Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第2版） 課件 第9章 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

第9章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概述類與對(duì)象屬性和方法繼承和多態(tài)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)應(yīng)用舉例9.1.1面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對(duì)象現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物稱作對(duì)象（object），任何對(duì)象都具有各自的特征（屬性）和行為（方法）。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中的客觀事物在程序設(shè)計(jì)中的具體體現(xiàn)，它也具有自己的特征和行為。對(duì)象的特征用數(shù)據(jù)來(lái)表示，稱為屬性（property）。對(duì)象的行為用程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱為對(duì)象的方法（method）。總之，任何對(duì)象都是由屬性和方法組成的。9.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概述2．類類（class）是具有相同屬性和行為的一組對(duì)象的集合，它為屬于該類的全部對(duì)象提供了統(tǒng)一的抽象描述。任何對(duì)象都是某個(gè)類的實(shí)例（instance）。在系統(tǒng)中通常有很多相似的對(duì)象，它們具有相同名稱和類型的屬性、響應(yīng)相同的消息、使用相同的方法。將相似的對(duì)象分組形成一個(gè)類，每個(gè)這樣的對(duì)象被稱為類的一個(gè)實(shí)例，一個(gè)類中的所有對(duì)象共享一個(gè)公共的定義，盡管它們對(duì)屬性所賦予的值不同。3．消息一個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)對(duì)象組成，各個(gè)對(duì)象之間通過(guò)消息（message）相互聯(lián)系、相互作用。消息是一個(gè)對(duì)象要求另一個(gè)對(duì)象實(shí)施某項(xiàng)操作的請(qǐng)求。發(fā)送者發(fā)送消息，在一條消息中，需要包含消息的接收者和要求接收者執(zhí)行某項(xiàng)操作的請(qǐng)求，接收者通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的方法響應(yīng)消息，這個(gè)過(guò)程被不斷地重復(fù)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)程序的運(yùn)行。4．封裝封裝（encapsulation）是指把對(duì)象的數(shù)據(jù)（屬性）和操作數(shù)據(jù)的過(guò)程（方法）結(jié)合在一起，構(gòu)成獨(dú)立的單元，它的內(nèi)部信息對(duì)外界是隱蔽的，不允許外界直接存取對(duì)象的屬性，只能通過(guò)使用類提供的外部接口對(duì)該對(duì)象實(shí)施各項(xiàng)操作，保證了程序中數(shù)據(jù)的安全性。類是數(shù)據(jù)封裝的工具，對(duì)象是封裝的實(shí)現(xiàn)。類的訪問(wèn)控制機(jī)制體現(xiàn)在類的成員中可以有公有成員、私有成員和保護(hù)成員。對(duì)于外界而言，只需要知道對(duì)象所表現(xiàn)的外部行為，而不必了解內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。5．繼承繼承（inheritance）反映的是類與類之間抽象級(jí)別的不同，根據(jù)繼承與被繼承的關(guān)系，可分為基類和衍類，基類也稱為父類，衍類也稱為子類，正如“繼承”這個(gè)詞的字面含義一樣，子類將從父類那里獲得所有的屬性和方法，并且可以對(duì)這些獲得的屬性和方法加以改造，使之具有自己的特點(diǎn)。6．多態(tài)多態(tài)（polymorphism）是指同一名字的方法產(chǎn)生了多個(gè)不同的動(dòng)作行為，也就是不同的對(duì)象收到相同的消息時(shí)產(chǎn)生不同的行為方式。將多態(tài)的概念應(yīng)用于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，增強(qiáng)了程序?qū)陀^世界的模擬性，使得對(duì)象程序具有了更好的可讀性，更易于理解，而且顯著提高了軟件的可復(fù)用性和可擴(kuò)充性。9.1.2從面向過(guò)程到面向?qū)ο竺嫦蜻^(guò)程程序設(shè)計(jì)就是采用自頂向下的方法，分析出解決問(wèn)題所需要的步驟，將程序分解為若干個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)面向?qū)ο蟮某绦蛞话阌深惖穆暶骱皖惖氖褂脙刹糠纸M成。程序設(shè)計(jì)始終圍繞“類”展開(kāi)。通過(guò)聲明類，構(gòu)建了程序所要完成的功能，體現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想。在Python中，所有數(shù)據(jù)類型都可以視為對(duì)象，當(dāng)然也可以自定義對(duì)象。自定義的對(duì)象數(shù)據(jù)類型就是面向?qū)ο笾械念惖母拍睢?.2.1類的定義在Python中，通過(guò)class關(guān)鍵字來(lái)定義類。定義類的一般格式如下：class類名:類體例如定義了一個(gè)Person類：classPerson:name='brenden'#定義了一個(gè)屬性defprintName(self):#定義了一個(gè)方法print()9.2類與對(duì)象9.2.2對(duì)象的創(chuàng)建和使用在Python中，用賦值的方式創(chuàng)建類的實(shí)例，一般格式為：對(duì)象名=類名(參數(shù)列表)創(chuàng)建對(duì)象后，可以使用“.”運(yùn)算符，通過(guò)實(shí)例對(duì)象來(lái)訪問(wèn)這個(gè)類的屬性和方法（函數(shù)），一般格式為：對(duì)象名.屬性名對(duì)象名.函數(shù)名()例如,語(yǔ)句“p=Person()”產(chǎn)生了一個(gè)Person的實(shí)例對(duì)象，此時(shí)可以用來(lái)調(diào)用類的name屬性。例9-1類和對(duì)象應(yīng)用示例。classCC:x=10#定義屬性y=20#定義屬性z=30#定義屬性defshow(self):#定義方法print((self.x+self.y+self.z)/3)b=CC()#創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象bb.x=30#調(diào)用屬性xb.show()#調(diào)用方法show程序輸出結(jié)果如下：26.6666666666666689.3.1屬性和方法的訪問(wèn)控制1．屬性的訪問(wèn)控制在Python中沒(méi)有像C++中public和private這些關(guān)鍵字來(lái)區(qū)別公有屬性和私有屬性，它是以屬性命名方式來(lái)區(qū)分，如果在屬性名前面加了兩個(gè)下劃線“__”，則表明該屬性是私有屬性，否則為公有屬性。方法也一樣，如果在方法名前面加了2個(gè)下劃線，則表示該方法是私有的，否則為公有的。9.3屬性和方法例如：classPerson:name='brenden'age=18p=Person()print(,p.age)這里的name和age都是公有的，可以直接在類外通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)，如果想定義成私有的，則需在前面加2個(gè)下劃線“__”。2．方法的訪問(wèn)控制在類中可以根據(jù)需要定義一些方法，定義方法采用def關(guān)鍵字，在類中定義的方法至少會(huì)有一個(gè)參數(shù)，，一般以名為“self”的變量作為該參數(shù)（用其他名稱也可以），而且需要作為第一個(gè)參數(shù)。下面看一個(gè)例子。例9-2方法的訪問(wèn)控制使用示例。程序如下：classPerson:__name='brenden'__age=18defgetName(self):returnself.__namedefgetAge(self):returnself.__agep=Person()print(p.getName(),p.getAge())程序輸出結(jié)果如下：brenden189.3.2類屬性和實(shí)例屬性1．類屬性顧名思義，類屬性（classattribute)就是類對(duì)象所擁有的屬性，它被所有類對(duì)象的實(shí)例對(duì)象所共有，在內(nèi)存中只存在一個(gè)副本。對(duì)于公有的類屬性，在類外可以通過(guò)類對(duì)象和實(shí)例對(duì)象訪問(wèn)。

例如：classPerson:name='brenden'#公有的類屬性__age=18#私有的類屬性p=Person()print()#正確，但不提倡print(P)#正確print(p.__age)#錯(cuò)誤，不能在類外通過(guò)實(shí)例對(duì)象訪問(wèn)私有的類屬性print(Person.__age)#錯(cuò)誤，不能在類外通過(guò)類對(duì)象訪問(wèn)私有的類屬性2．實(shí)例屬性實(shí)例屬性（instanceattribute)是不需要在類中顯式定義，而在__init__構(gòu)造函數(shù)中定義的，定義時(shí)以self作為前綴。在其他方法中也可以隨意添加新的實(shí)例屬性,但并不提倡這么做，所有的實(shí)例屬性最好在__init__中給出。實(shí)例屬性屬于實(shí)例（對(duì)象），只能通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)。例如：>>>classCar:def__init__(self,c):self.color=c#定義實(shí)例對(duì)象屬性deffun(self):self.length=1.83#給實(shí)例添加屬性,但不提倡>>>s=Car('Red')>>>print(s.color)Red>>>s.fun()>>>print(s.length)1.839.3.3類的方法1．類中類中最常用的內(nèi)置方法就是構(gòu)造方法和析構(gòu)方法。1）構(gòu)造方法構(gòu)造方法__init__(self,……)在生成對(duì)象時(shí)調(diào)用，可以用來(lái)進(jìn)行一些屬性初始化操作，不需要顯式去調(diào)用，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)去執(zhí)行。構(gòu)造方法支持重載，如果用戶自己沒(méi)有重新定義構(gòu)造方法，系統(tǒng)就自動(dòng)執(zhí)行默認(rèn)的構(gòu)造方法。看下面的程序。例9-3構(gòu)造方法使用示例。程序如下：classPerson:def__init__(self,name):self.PersonName=namedefsayHi(self):print('Hello,mynameis{}.'.format(self.PersonName))p=Person('Jasmine')p.sayHi()程序輸出結(jié)果如下：Hello,mynameisJasmine.2）析構(gòu)方法析構(gòu)方法__del__(self)在釋放對(duì)象時(shí)調(diào)用，支持重載，可以在其中進(jìn)行一些釋放資源的操作，不需要顯式調(diào)用。下面的例子說(shuō)明了類的普通成員函數(shù)以及構(gòu)造方法和析構(gòu)方法的作用。>>>classTest:def__init__(self):print('AAAAA')def__del__(self):print('BBBBB')defmyf(self):print('CCCCC')>>>obj=Test()AAAAA>>>obj.myf()CCCCC>>>delobjBBBBB2．類方法、實(shí)例方法和靜態(tài)方法1）類方法類方法是類對(duì)象所擁有的方法，需要用修飾器“@classmethod”來(lái)標(biāo)識(shí)其為類方法，對(duì)于類方法，第一個(gè)參數(shù)必須是類對(duì)象，一般以“cls”作為第一個(gè)參數(shù)。當(dāng)然可以用其他名稱的變量作為其第一個(gè)參數(shù)，但是大都習(xí)慣以“cls”作為第一個(gè)參數(shù)的名字，所以一般用“cls”。能夠通過(guò)實(shí)例對(duì)象和類對(duì)象去訪問(wèn)類方法。例如：>>>classPerson:place='Changsha'@classmethod#類方法，用@classmethod來(lái)進(jìn)行修飾defgetPlace(cls):returncls.place>>>p=Person()>>>print(p.getPlace())#可以用過(guò)實(shí)例對(duì)象引用Changsha>>>print(Person.getPlace())#可以通過(guò)類對(duì)象引用Changsha類方法還有一個(gè)用途就是可以對(duì)類屬性進(jìn)行修改。例如：>>>classPerson:place='Changsha'@classmethoddefgetPlace(cls):returncls.place@classmethoddefsetPlace(cls,place1):cls.place=place1>>>p=Person()>>>p.setPlace('Shanghai')#修改類屬性>>>print(p.getPlace())Shanghai>>>print(Person.getPlace())Shanghai2）實(shí)例方法實(shí)例方法是類中最常定義的成員方法，它至少有一個(gè)參數(shù)并且必須以實(shí)例對(duì)象作為其第一個(gè)參數(shù)，一般以名為'self'的變量作為第一個(gè)參數(shù)，當(dāng)然可以以其他名稱的變量作為第一個(gè)參數(shù)。在類外實(shí)例方法只能通過(guò)實(shí)例對(duì)象去調(diào)用，不能通過(guò)其他方式去調(diào)用。例如：>>>classPerson:place='Changsha'defgetPlace(self):#實(shí)例方法returnself.place>>>p=Person()>>>print(p.getPlace())#正確，可以用過(guò)實(shí)例對(duì)象引用Changsha>>>print(Person.getPlace())#錯(cuò)誤，不能通過(guò)類對(duì)象引用實(shí)例方法3）靜態(tài)方法靜態(tài)方法需要通過(guò)修飾器“@staticmethod”來(lái)進(jìn)行修飾，靜態(tài)方法不需要多定義參數(shù)。例如：>>>classPerson:place='Changsha'@staticmethoddefgetPlace():#靜態(tài)方法returnPerson.place>>>print(Person.getPlace())Changsha9.4.1繼承在Python中，類繼承的定義形式如下：class子類名(父類名):類體在定義一個(gè)類的時(shí)候，可以在類名后面緊跟一對(duì)括號(hào)，在括號(hào)中指定所繼承的父類，如果有多個(gè)父類，多個(gè)父類名之間用逗號(hào)隔開(kāi)。9.4繼承和多態(tài)例9-4以大學(xué)里的學(xué)生和教師為例，可以定義一個(gè)父類UniversityMember，然后類Student和類Teacher分別繼承類UniversityMember。9.4.2多重繼承多重繼承的定義形式是：class子類名(父類名1,父類名2,……):類體例9-5多重繼承程序示例。classA():deffoo1(self):print("AAAAA")classB(A):deffoo2(self):