《Python程序設(shè)計(jì)》課件第9章 Python面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

Python程序設(shè)計(jì)第9章Python面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】

學(xué)習(xí)內(nèi)容理解Python的面向?qū)ο箢?lèi)和對(duì)象繼承多態(tài)技能目標(biāo)

會(huì)定義類(lèi)的方法會(huì)創(chuàng)建對(duì)象的方法能在類(lèi)中定義變量和方法會(huì)繼承的方法會(huì)實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方法任務(wù)一編寫(xiě)“過(guò)家家”游戲程序生活是一個(gè)大舞臺(tái)，我們每個(gè)人都有自己的角色位置，認(rèn)清自己的角色，積極適應(yīng)新環(huán)境。

本次的任務(wù)是使用Python編寫(xiě)“過(guò)家家”游戲程序，模似一個(gè)普通家庭里各人物角色日常生活。其中，使用類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)一些日常生活的場(chǎng)景，以某一個(gè)家庭的日常生活為例，這個(gè)家庭中有三個(gè)成員：父親、母親和兒子，三者組成一個(gè)家庭，每個(gè)人有自己的姓名、年齡及個(gè)人小秘密，通過(guò)print()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭信息的輸出?！咎崾尽恳粋€(gè)家庭里有三個(gè)成員，每個(gè)成員有自己的一些特性但又隸屬于這個(gè)家庭。從編程的角度來(lái)看，家庭可以定義為一個(gè)父類(lèi)，父類(lèi)的屬性是家庭每個(gè)成員共有的特性，而每個(gè)成員為一個(gè)子類(lèi)，子類(lèi)具有父類(lèi)的屬性之外，還有一些自己特有的屬性。9.1理解Python的面向?qū)ο?.1.1面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍钊缦?。?lèi)和對(duì)象：描述對(duì)象屬性和方法的集合稱(chēng)為類(lèi)，它定義了同一類(lèi)對(duì)象所共有的屬性和方法。對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例，也稱(chēng)實(shí)例對(duì)象。方法：類(lèi)中定義的函數(shù)，用于描述對(duì)象的行為，也稱(chēng)方法成員。屬性：類(lèi)中所有方法之外定義的變量，用于描述對(duì)象的特點(diǎn)，也稱(chēng)數(shù)據(jù)成員。封裝：類(lèi)具有封裝特性，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不被外界知曉，只需要提供必要的接口供外部訪問(wèn)即可。實(shí)例化：創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)的實(shí)例對(duì)象。繼承：從一個(gè)基類(lèi)(也稱(chēng)父類(lèi)或超類(lèi))派生出一個(gè)子類(lèi)時(shí)，子類(lèi)擁有基類(lèi)的屬性和方法，稱(chēng)為繼承。子類(lèi)也可以定義自己的屬性和方法。重寫(xiě)：在子類(lèi)中定義與父類(lèi)方法同名的方法，稱(chēng)為子類(lèi)對(duì)父類(lèi)方法的重寫(xiě)，也稱(chēng)方法覆蓋。多態(tài)：指不同類(lèi)型對(duì)象的相同行為產(chǎn)生不同的結(jié)果。Python具有類(lèi)、對(duì)象實(shí)例、繼承、重載、多態(tài)等面向?qū)ο筇攸c(diǎn)。9.1理解Python的面向?qū)ο?.1.2面向?qū)ο蟮木幊趟枷朐谥暗恼鹿?jié)中，解決問(wèn)題的方式是先分析解決這個(gè)問(wèn)題需要的步驟，然后用流程控制語(yǔ)句、函數(shù)把這些步驟一步一步地實(shí)現(xiàn)出來(lái)。這種編程思想被稱(chēng)為面向過(guò)程編程。面向過(guò)程編程符合人們的思考習(xí)慣，容易理解。最初的程序也都是使用面向過(guò)程的編程思想開(kāi)發(fā)的。隨著程序規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們不斷提出新的需求。面向過(guò)程編程可擴(kuò)展性低的問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)，于是提出了面向?qū)ο蟮木幊趟枷搿Ｃ嫦驅(qū)ο蟮木幊滩辉俑鶕?jù)解決問(wèn)題的步驟來(lái)設(shè)計(jì)程序，而是先分析誰(shuí)參與了問(wèn)題的解決。這些參與者就被稱(chēng)為對(duì)象，對(duì)象之間相互獨(dú)立，但又相互配合、連接和協(xié)調(diào)，從而共同完成整個(gè)程序要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)和功能。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的一般步驟包括： 分析實(shí)際問(wèn)題，分辨并抽取其中的類(lèi)和對(duì)象。 設(shè)計(jì)相應(yīng)的類(lèi)，并根據(jù)這些類(lèi)創(chuàng)建各種對(duì)象。 協(xié)調(diào)這些對(duì)象完成程序功能(消息)。9.2類(lèi)和對(duì)象9.2.1使用類(lèi)創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象Python定義一個(gè)類(lèi)使用關(guān)鍵字class聲明，類(lèi)的聲明格式如下。

classClassName():類(lèi)體 #定義類(lèi)的屬性和方法class關(guān)鍵字后面的ClassName是類(lèi)名，類(lèi)的命名方法通常使用單詞首字母大寫(xiě)的駝峰命名法。類(lèi)名后面的()表示類(lèi)的繼承關(guān)系，可以不填寫(xiě)，表示默認(rèn)繼承object類(lèi)，后面的內(nèi)容中會(huì)詳細(xì)介紹什么是繼承，括號(hào)后面接“：”號(hào)表示換行，并在新的一行縮進(jìn)定義類(lèi)的屬性或方法，稱(chēng)為類(lèi)體。當(dāng)然，也可以定義一個(gè)沒(méi)有屬性和方法的類(lèi)，用pass關(guān)鍵字。對(duì)象是對(duì)某個(gè)具體客觀事物的抽象，類(lèi)是對(duì)對(duì)象的抽象描述，在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中是一種抽象的數(shù)據(jù)類(lèi)型。類(lèi)定義了數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)(屬性)和行為(方法)，類(lèi)與對(duì)象的關(guān)系是：對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例，類(lèi)是對(duì)象的模板。實(shí)例一【例9-1】創(chuàng)建一個(gè)銀行員工的類(lèi)，這個(gè)類(lèi)不包含任何屬性或方法。代碼以下所示。classBankEmployee():pass實(shí)例二【例9-2】在例9-1的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建兩個(gè)銀行員工實(shí)例對(duì)象employee_a和employee_b，然后在輸出這兩個(gè)實(shí)例對(duì)象的類(lèi)型。實(shí)現(xiàn)思路：使用BankEmployee類(lèi)創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象；再使用type()方法查看變量的類(lèi)型。classBankEmployee():passemployee_a=BankEmployee()employee_b=BankEmployee()print(type(employee_a))print(type(employee_b))程序輸出結(jié)果：<class'__main__.BankEmployee'><class'__main__.BankEmployee'>9.2類(lèi)和對(duì)象9.2.2給類(lèi)添加方法完成了類(lèi)的定義之后，就可以給類(lèi)添加屬性和方法。從面向?qū)ο蟮慕嵌?，屬性表示?duì)象的數(shù)據(jù)，方法表示對(duì)象的行為。本小節(jié)先介紹在類(lèi)中定義方法。在類(lèi)的內(nèi)部，使用def關(guān)鍵字可以為類(lèi)定義一個(gè)方法。方法的聲明格式如下。

def方法名(self，方法參數(shù)列表)：方法體從語(yǔ)法上看，類(lèi)的方法定義比函數(shù)定義多了一個(gè)參數(shù)self，這在定義實(shí)例方法的時(shí)候是必需的，也就是說(shuō)在類(lèi)中定義實(shí)例方法，第一個(gè)參數(shù)必須是self，這里的self代表的含義不是類(lèi)，而是實(shí)例(對(duì)象本身的參數(shù))，也就是通過(guò)類(lèi)創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象后對(duì)自身的引用。self非常重要，在對(duì)象內(nèi)只有通過(guò)self才能調(diào)用其他的實(shí)例變量或方法。實(shí)例三在例9-1的基礎(chǔ)上給BankEmployee類(lèi)添加兩個(gè)實(shí)例方法，實(shí)現(xiàn)員工的打卡簽到和領(lǐng)工資兩種行為。并使用BankEmployee類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)員工對(duì)象，并調(diào)用他的打卡簽到和領(lǐng)工資方法。classBankEmployee():defcheck_in(self):print("打卡簽到")defget_salary(self):print("領(lǐng)到這個(gè)月的工資了")employee=BankEmployee()employee.check_in()employee.get_salary()程序輸出結(jié)果：打卡簽到領(lǐng)到這個(gè)月的工資了9.2類(lèi)和對(duì)象9.2.3構(gòu)造方法和析構(gòu)方法在類(lèi)中有兩個(gè)非常特殊的方法：__init__()和__del__()。__init__()方法會(huì)在創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用，__del__()方法會(huì)在實(shí)例對(duì)象被銷(xiāo)毀的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用。因此__init__()被稱(chēng)為構(gòu)造方法，__del__()被稱(chēng)為析構(gòu)方法。這兩個(gè)方法即便在類(lèi)中沒(méi)有顯式地定義，實(shí)際上也是存在的。在程序中，也可以在類(lèi)中顯式地定義構(gòu)造方法和析構(gòu)方法。這樣就可以在創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象時(shí)，在構(gòu)造方法里添加上代碼完成對(duì)象的初始化；在對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)，在析構(gòu)方法里添加一些代碼釋放對(duì)象占用的資源。實(shí)例四在例9-3的基礎(chǔ)上給BankEmployee類(lèi)添加構(gòu)造方法和析構(gòu)方法，在構(gòu)造方法中輸出“創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象，__init__()被調(diào)用”，在析構(gòu)方法中輸出“實(shí)例對(duì)象被銷(xiāo)毀，__del__()被調(diào)用”。classBankEmployee():def__init__(self):print("創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象,__init__()被調(diào)用")def__del__(self):print("實(shí)例對(duì)象被銷(xiāo)毀,__del__()被調(diào)用")defcheck_in(self):print("打卡簽到")defget_salary(self):print("領(lǐng)到這個(gè)月的工資了")employee=BankEmployee()delemployee程序輸出結(jié)果：創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象,__init__()被調(diào)用實(shí)例對(duì)象被銷(xiāo)毀,__del__()被調(diào)用9.2類(lèi)和對(duì)象9.2.4給類(lèi)添加屬性類(lèi)的數(shù)據(jù)成員是在類(lèi)中定義的成員變量，用來(lái)存儲(chǔ)描述類(lèi)的特征的值，稱(chēng)為屬性。屬性可以被該類(lèi)中定義的方法訪問(wèn)，也可以通過(guò)類(lèi)或類(lèi)的實(shí)例進(jìn)行訪問(wèn)。類(lèi)的屬性是以變量的形式存在的，在類(lèi)中可以定義的屬性類(lèi)型分為實(shí)例屬性和類(lèi)屬性兩種。1.實(shí)例屬性每個(gè)實(shí)例對(duì)象都有自己的屬性，通過(guò)“self.”變量名定義，實(shí)例屬性屬于特定的實(shí)例。實(shí)例屬性在類(lèi)的內(nèi)部通過(guò)“self.”訪問(wèn)，在外部通過(guò)對(duì)象實(shí)例訪問(wèn)。實(shí)例屬性初始化：通常在__init__()方法中利用“self.”對(duì)實(shí)例屬性進(jìn)行初始化，如。self.實(shí)例變量名=初始值在類(lèi)的內(nèi)部其他實(shí)例函數(shù)中，也可通過(guò)“self.”訪問(wèn)，如。self.實(shí)例變量名=值在類(lèi)外部通過(guò)對(duì)象實(shí)例訪問(wèn)，如。obj=className() #創(chuàng)建對(duì)象obj.實(shí)例變量名=值 #賦值obj.實(shí)例變量名 #讀取通常情況下，實(shí)例屬性都定義在構(gòu)造方法中，這樣實(shí)例對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，實(shí)例屬性就會(huì)被定義、賦值，因而可以在類(lèi)的任意方法中使用。實(shí)例五9.2類(lèi)和對(duì)象9.2.4給類(lèi)添加屬性2.類(lèi)屬性實(shí)例屬性是必須在創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象之后才能使用的變量。在某些場(chǎng)景下，希望通過(guò)類(lèi)名直接調(diào)用類(lèi)中的屬性或者希望所有類(lèi)能夠公有某個(gè)屬性。在這種情況下，就可以使用類(lèi)變量(屬性)。類(lèi)屬性相當(dāng)于類(lèi)的一個(gè)全局變量，只要是能夠使用這個(gè)類(lèi)的地方都能夠訪問(wèn)或修改類(lèi)屬性的值。類(lèi)屬性與實(shí)例屬性不同，不但可以通過(guò)實(shí)例對(duì)像使用，也可以通過(guò)類(lèi)名使用。聲明格式如下。class類(lèi)名():變量名=初始值#定義類(lèi)變量及賦值實(shí)例九9.3繼承9.3.1單繼承

Python支持單繼承與多繼承，當(dāng)只有一個(gè)基類(lèi)時(shí)為單繼承。單繼承的聲明格式如下。

class子類(lèi)類(lèi)名(父類(lèi)類(lèi)名)：類(lèi)體 #定義子類(lèi)的變量和方法如果在類(lèi)定義中沒(méi)有指定父類(lèi)，默認(rèn)其父類(lèi)為object。object是所有對(duì)象的父類(lèi)，定義的默認(rèn)方式如。classPerson:pass等同于：

classPerson(object):pass每個(gè)類(lèi)至少有一個(gè)父類(lèi)，這兩個(gè)類(lèi)之間的關(guān)系可以描述為“父類(lèi)-子類(lèi)”、“超類(lèi)-子類(lèi)”、“基類(lèi)-派生類(lèi)”的關(guān)系，是一種“is-a”的關(guān)系。例如創(chuàng)建Person類(lèi)，Student類(lèi)是Person類(lèi)的一種，存在“is—a”的關(guān)系。子類(lèi)是從父類(lèi)派生出來(lái)的類(lèi)，父類(lèi)及所有高層類(lèi)被認(rèn)為是基類(lèi)，子類(lèi)可以繼承父類(lèi)的任何屬性。在程序設(shè)計(jì)中，父類(lèi)是一個(gè)定義好的類(lèi)，子類(lèi)會(huì)繼承父類(lèi)的所有屬性和方法，子類(lèi)也可以覆蓋父類(lèi)同名的變量和方法。實(shí)例十一定義寵物類(lèi)Pet和繼承自Pet類(lèi)的子類(lèi)Cat類(lèi)，使用Cat類(lèi)創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象并調(diào)用它的實(shí)例方法。Pet類(lèi)定義如下：Pet包含一個(gè)實(shí)例變量，寵物主人owner；Pet包含一個(gè)實(shí)例方法，輸出寵物主人的名字。classPet():def__init__(self，owner="小強(qiáng)"):self.owner=ownerdefshow_pet_owner(self):print("這個(gè)寵物的主人是%s"%(self.owner))classCat(Pet):passcat_1=Cat()cat_1.show_pet_owner()cat_2=Cat("小宇")cat_2.show_pet_owner()程序輸出結(jié)果：這個(gè)寵物的主人是小強(qiáng)這個(gè)寵物的主人是小宇9.3繼承9.3.2子類(lèi)的變量和方法子類(lèi)能夠繼承父類(lèi)的變量和方法，作為父類(lèi)的擴(kuò)展，子類(lèi)中還可以定義屬于自己的變量和方法。例如經(jīng)理除了所有員工共有的特征和行為外，還具有自己獨(dú)特的特征。實(shí)例十五9.3.4多繼承繼承能夠解決代碼重用的問(wèn)題，但是有些情況下只繼承一個(gè)父類(lèi)仍然無(wú)法解決所有的應(yīng)用場(chǎng)景。比如一個(gè)銀行總經(jīng)理同時(shí)還兼任公司董事，此時(shí)總經(jīng)理這個(gè)崗位就具備了經(jīng)理和董事兩個(gè)崗位的職責(zé)，但是這兩個(gè)崗位是平行的概念，是無(wú)法通過(guò)繼承一個(gè)父類(lèi)來(lái)表現(xiàn)的，Python語(yǔ)言使用多繼承來(lái)解決這樣的問(wèn)題。對(duì)應(yīng)于多繼承，前面學(xué)習(xí)的一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)父類(lèi)的情況稱(chēng)為單繼承。多繼承的聲明格式如下。

class子類(lèi)類(lèi)名(父類(lèi)1，父類(lèi)2):類(lèi)體

#定義子類(lèi)的變量和方法實(shí)例十七9.4多態(tài)9.4.1方法重寫(xiě)方法重寫(xiě)是當(dāng)子類(lèi)從父類(lèi)中繼承的方法不能滿足子類(lèi)的需求時(shí)，在子類(lèi)中對(duì)父類(lèi)的同名方法進(jìn)行重寫(xiě)(覆蓋)，以符合需求。前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了封裝和繼承，面向?qū)ο缶幊痰娜筇匦缘淖詈笠粋€(gè)特性是多態(tài)。多態(tài)一詞通常的含義是指能夠呈現(xiàn)出多種不同的形式或形態(tài)。在編程術(shù)語(yǔ)中，它的意思是：向不同對(duì)象發(fā)送同一條消息，不同對(duì)象在接收時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的行為(即方法)。所謂消息，就是調(diào)用函數(shù)，不同的行為就是指不同的實(shí)現(xiàn)，即執(zhí)行不同的函數(shù)。繼承和方法重寫(xiě)是實(shí)現(xiàn)多態(tài)的技術(shù)基礎(chǔ)。實(shí)例十八定義狗類(lèi)Dog，它有一個(gè)方法work()，代表其工作，狗的工作內(nèi)容是“正在受訓(xùn)”；創(chuàng)建一個(gè)繼承狗類(lèi)的軍犬類(lèi)ArmDog，軍犬的工作內(nèi)容是“追擊敵人。classDog():defwork(self):print("正在受訓(xùn)")classArmyDog(Dog):defwork(self):print("追擊敵人")dog=Dog()dog.work()army_dog=ArmyDog()army_dog.work()程序輸出結(jié)果：正在受訓(xùn)追擊敵人9.4