09-01 面向對象編程

一 對象的概念


”面向對象“的核心是“對象”二字，而對象的精髓在於“整合“，什么意思？


所有的程序都是由”數據”與“功能“組成，因而編寫程序的本質就是定義出一系列的數據，然后定義出一系列的功能來對數據進行操作。在學習”對象“之前，程序中的數據與功能是分離開的，如下

# 數據：name、age、sex
name='lili'
age=18
sex='female'

# 功能：tell_info
def tell_info(name,age,sex): 
    print('<%s:%s:%s>' %(name,age,sex))

# 此時若想執行查看個人信息的功能，需要同時拿來兩樣東西，一類是功能tell_info，另外一類則是多個數據name、age、sex，然后才能執行，非常麻煩
tell_info(name,age,sex)

在學習了“對象”之后，我們就有了一個容器，該容器可以盛放數據與功能，所以我們可以說：對象是把數據與功能整合到一起的產物，或者說”對象“就是一個盛放數據與功能的容器/箱子/盒子。

如果把”數據“比喻為”睫毛膏“、”眼影“、”唇彩“等化妝所需要的原材料；把”功能“比喻為眼線筆、眉筆等化妝所需要的工具，那么”對象“就是一個彩妝盒，彩妝盒可以把”原材料“與”工具“都裝到一起


如果我們把”化妝“比喻為要執行的業務邏輯，此時只需要拿來一樣東西即可，那就是彩妝盒，因為彩妝盒里整合了化妝所需的所有原材料與功能，這比起你分別拿來原材料與功能才能執行，要方便的多。


​ 在了解了對象的基本概念之后，理解面向對象的編程方式就相對簡單很多了，面向對象編程就是要造出一個個的對象，把原本分散開的相關數據與功能整合到一個個的對象里，這么做既方便使用，也可以提高程序的解耦合程度，進而提升了程序的可擴展性（需要強調的是，軟件質量屬性包含很多方面，面向對象解決的僅僅只是擴展性問題）


二 類與對象

類即類別/種類，是面向對象分析和設計的基石，如果多個對象有相似的數據與功能，那么該多個對象就屬於同一種類。有了類的好處是：我們可以把同一類對象相同的數據與功能存放到類里，而無需每個對象都重復存一份，這樣每個對象里只需存自己獨有的數據即可，極大地節省了空間。所以，如果說對象是用來存放數據與功能的容器，那么類則是用來存放多個對象相同的數據與功能的容器。


​ 綜上所述，雖然我們是先介紹對象后介紹類，但是需要強調的是：在程序中，必須要事先定義類，然后再調用類產生對象（調用類拿到的返回值就是對象）。產生對象的類與對象之間存在關聯，這種關聯指的是：對象可以訪問到類中共有的數據與功能，所以類中的內容仍然是屬於對象的，類只不過是一種節省空間、減少代碼冗余的機制，面向對象編程最終的核心仍然是去使用對象。

​ 在了解了類與對象這兩大核心概念之后，我們就可以來介紹一下面向對象編程啦。


三 面向對象編程

3.1 類的定義與實例化

我們以開發一個清華大學的選課系統為例，來簡單介紹基於面向對象的思想如何編寫程序


面向對象的基本思路就是把程序中要用到的、相關聯的數據與功能整合到對象里，然后再去使用，但程序中要用到的數據以及功能那么多，如何找到相關連的呢？我需要先提取選課系統里的角色：學生、老師、課程等，然后顯而易見的是：學生有學生相關的數據於功能，老師有老師相關的數據與功能，我們單以學生為例，

# 學生的數據有
學校
名字
年齡
性別

# 學生的功能有
選課

詳細的

# 學生1：
    數據:
        學校=清華大學
        姓名=李建剛
        性別=男
        年齡=28
    功能：
        選課

# 學生2：
    數據:
        學校=清華大學
        姓名=王大力
        性別=女
        年齡=18
    功能：
        選課

# 學生3：
    數據:
        學校=清華大學
        姓名=牛嗷嗷
        性別=男
        年齡=38
    功能：
        選課

我們可以總結出一個學生類，用來存放學生們相同的數據與功能

# 學生類
    相同的特征:
        學校=清華大學
    相同的功能：
        選課


基於上述分析的結果，我們接下來需要做的就是在程序中定義出類，然后調用類產生對象

class Student: # 類的命名應該使用“駝峰體”

    school='清華大學' # 數據

    def choose(self): # 功能
        print('%s is choosing a course' %self.name)

類體最常見的是變量的定義和函數的定義，但其實類體可以包含任意Python代碼，類體的代碼在類定義階段就會執行，因而會產生新的名稱空間用來存放類中定義的名字，可以打印Student.__dict__來查看類這個容器內盛放的東西

>>> print(Student.__dict__)
{..., 'school': '清華大學', 'choose': <function Student.choose at 0x1018a2950>, ...}


調用類的過程稱為將類實例化，拿到的返回值就是程序中的對象，或稱為一個實例

>>> stu1=Student() # 每實例化一次Student類就得到一個學生對象
>>> stu2=Student()
>>> stu3=Student()

如此stu1、stu2、stu3全都一樣了（只有類中共有的內容，而沒有各自獨有的數據），想在實例化的過程中就為三位學生定制各自獨有的數據：姓名，性別，年齡，需要我們在類內部新增一個__init__方法,如下

class Student:
    school='清華大學'
    
    #該方法會在對象產生之后自動執行，專門為對象進行初始化操作，可以有任意代碼，但一定不能返回非None的值
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
        
    def choose(self): 
        print('%s is choosing a course' %self.name)

然后我們重新實例出三位學生

>>> stu1=Student('李建剛','男',28)
>>> stu2=Student('王大力','女',18)
>>> stu3=Student('牛嗷嗷','男',38)

單拿stu1的產生過程來分析，調用類會先產生一個空對象stu1，然后將stu1連同調用類時括號內的參數一起傳給Student.__init__(stu1,’李建剛’,’男’,28)

def __init__(self, name, sex, age):
    self.name = name  # stu1.name = '李建剛'
    self.sex = sex    # stu1.sex = '男'
    self.age = age    # stu1.age = 28

會產生對象的名稱空間，同樣可以用__dict__查看

>>> stu1.__dict__
{'name': '李建剛', 'sex': '男', 'age': 28}


至此，我們造出了三個對象與一個類，對象存放各自獨有的數據，類中存放對象們共有的內容



存的目的是為了用，那么如何訪問對象或者類中存放的內容呢？


3.2 屬性訪問

3.2.1 類屬性與對象屬性


在類中定義的名字，都是類的屬性，細說的話，類有兩種屬性：數據屬性和函數屬性，可以通過__dict__訪問屬性的值，比如Student.__dict__[‘school’]，但Python提供了專門的屬性訪問語法

>>> Student.school # 訪問數據屬性，等同於Student.__dict__['school']
'清華大學'
>>> Student.choose # 訪問函數屬性，等同於Student.__dict__['choose']
<function Student.choose at 0x1018a2950>
# 除了查看屬性外，我們還可以使用Student.attrib=value(修改或新增屬性),用del Student.attrib刪除屬性。

操作對象的屬性也是一樣

>>> stu1.name # 查看，等同於obj1.__dict__[‘name']
'李建剛'
>>> stu1.course=’python’ # 新增，等同於obj1.__dict__[‘course']='python'
>>> stu1.age=38 # 修改，等同於obj1.__dict__[‘age']=38
>>> del obj1.course # 刪除，等同於del obj1.__dict__['course']


3.2.2 屬性查找順序與綁定方法

對象的名稱空間里只存放着對象獨有的屬性，而對象們相似的屬性是存放於類中的。對象在訪問屬性時，會優先從對象本身的__dict__中查找，未找到，則去類的__dict__中查找


1、類中定義的變量是類的數據屬性，是共享給所有對象用的，指向相同的內存地址

# id都一樣
print(id(Student.school)) # 4301108704

print(id(stu1.school)) # 4301108704
print(id(stu2.school)) # 4301108704
print(id(stu3.school)) # 4301108704



2、類中定義的函數是類的函數屬性，類可以使用，但必須遵循函數的參數規則，有幾個參數需要傳幾個參數

Student.choose(stu1) # 李建剛 is choosing a course
Student.choose(stu2) # 王大力 is choosing a course
Student.choose(stu3) # 牛嗷嗷 is choosing a course

但其實類中定義的函數主要是給對象使用的，而且是綁定給對象的，雖然所有對象指向的都是相同的功能，但是綁定到不同的對象就是不同的綁定方法，內存地址各不相同

print(id(Student.choose)) # 4335426280

print(id(stu1.choose)) # 4300433608
print(id(stu2.choose)) # 4300433608
print(id(stu3.choose)) # 4300433608

綁定到對象的方法特殊之處在於，綁定給誰就應該由誰來調用，誰來調用，就會將’誰’本身當做第一個參數自動傳入（方法__init__也是一樣的道理）

stu1.choose()  # 等同於Student.choose(stu1)
stu2.choose()  # 等同於Student.choose(stu2)
stu3.choose()  # 等同於Student.choose(stu3)

綁定到不同對象的choose技能，雖然都是選課，但李建剛選的課，不會選給王大力，這正是”綁定“二字的精髓所在。

#注意：綁定到對象方法的這種自動傳值的特征，決定了在類中定義的函數都要默認寫一個參數self，self可以是任意名字，但命名為self是約定俗成的。


Python中一切皆為對象，且Python3中類與類型是一個概念，因而綁定方法我們早就接觸過

#類型list就是類
>>> list
<class 'list'>

#實例化的到3個對象l1,l2,l3
>>> l1=list([1,2,3])
>>> l2=list(['a','b','c'])
>>> l3=list(['x','y'])

#三個對象都有綁定方法append,是相同的功能,但內存地址不同
>>> l1.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b48>
>>> l2.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b88>
>>> l3.append
<built-in method append of list object at 0x10b482bc8>

#操作綁定方法l1.append(4),就是在往l1添加4,絕對不會將4添加到l2或l3
>>> l1.append(4) #等同於list.append(l1,4)
>>> l1
[1,2,3,4]
>>> l2
['a','b','c']
>>> l3
['x','y']


3.3.3 小結

在上述介紹類與對象的使用過程中，我們更多的是站在底層原理的角度去介紹類與對象之間的關聯關系，如果只是站在使用的角度，我們無需考慮語法“對象.屬性"中”屬性“到底源自於哪里，只需要知道是通過對象獲取到的就可以了，所以說，對象是一個高度整合的產物，有了對象，我們只需要使用”對象.xxx“的語法就可以得到跟這個對象相關的所有數據與功能，十分方便且解耦合程度極高。