Day 6 面向对象初级

概述

• 面向过程：根据业务逻辑从上到下写垒代码
• 函数式：将某功能代码封装到函数中，日后便无需重复编写，仅调用函数即可
• 面向对象：对函数进行分类和封装，让开发“更快更好更强...”

面向过程编程最易被初学者接受，其往往用一长段代码来实现指定功能，开发过程中最常见的操作就是粘贴复制，即：将之前实现的代码块复制到现需功能处。

面向过程编程(Procedural Programming)
Procedural programming uses a list of instructions to tell the computer what to do step-by-step.
面向过程编程依赖 - 你猜到了- procedures，一个procedure包含一组要被进行计算的步骤， 面向过程又被称为top-down languages， 就是程序从上到下一步步执行，一步步从上到下，从头到尾的解决问题 。基本设计思路就是程序一开始是要着手解决一个大的问题，然后把一个大问题分解成很多个小问题或子过程，这些子过程再执行的过程再继续分解直到小问题足够简单到可以在一个小步骤范围内解决。

while True：
    if cpu利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
 
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
 
    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

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随着时间的推移，开始使用了函数式编程，增强代码的重用性和可读性，就变成了这样：

def 发送邮件(内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接
 
while True：
 
    if cpu利用率 > 90%:
        发送邮件('CPU报警')
 
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件('硬盘报警')
 
    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件('内存报警') 

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今天我们来学习一种新的编程方式：面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）
注：Java和C#来说只支持面向对象编程，而python比较灵活即支持面向对象编程也支持函数式编程

 

创建类和对象

 

面向对象编程是一种编程方式，此编程方式的落地需要使用 “类” 和 “对象” 来实现，所以，面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。

 

　　类就是一个模板，模板里可以包含多个函数，函数里实现一些功能

 

　　对象则是根据模板创建的实例，通过实例对象可以执行类中的函数

 

 

 

• class是关键字，表示类
• 创建对象，类名称后加括号即可

ps：类中的函数第一个参数必须是self（详细见：类的三大特性之封装）
　　 类中定义的函数叫做 “方法”

# 创建类
class Foo:
    def Bar(self):
        print ('Bar')

    def Hello(self, name):
        print ('i am %s' % name)


# 根据类Foo创建对象obj
obj = Foo()
obj.Bar()  # 执行Bar方法
obj.Hello('felix')  # 执行Hello方法　

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函数式的应用场景 --> 各个函数之间是独立且无共用的数据

面向对象编程

OOP编程是利用“类”和“对象”来创建各种模型来实现对真实世界的描述，使用面向对象编程的原因一方面是因为它可以使程序的维护和扩展变得更简单，并且可以大大提高程序开发效率 ，另外，基于面向对象的程序可以使它人更加容易理解你的代码逻辑，从而使团队开发变得更从容。

面向对象的几个核心特性如下

Class 类
一个类即是对一类拥有相同属性的对象的抽象、蓝图、原型。在类中定义了这些对象的都具备的属性（variables(data)）、共同的方法

Object 对象
一个对象即是一个类的实例化后实例，一个类必须经过实例化后方可在程序中调用，一个类可以实例化多个对象，每个对象亦可以有不同的属性，就像人类是指所有人，每个人是指具体的对象，人与人之前有共性，亦有不同

Encapsulation 封装
在类中对数据的赋值、内部调用对外部用户是透明的，这使类变成了一个胶囊或容器，里面包含着类的数据和方法

Inheritance 继承
一个类可以派生出子类，在这个父类里定义的属性、方法自动被子类继承

Polymorphism 多态
多态是面向对象的重要特性,简单点说:“一个接口，多种实现”，指一个基类中派生出了不同的子类，且每个子类在继承了同样的方法名的同时又对父类的方法做了不同的实现，这就是同一种事物表现出的多种形态。

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面向对象三大特性

面向对象的三大特性是指：封装、继承和多态。

一、封装

封装，顾名思义就是将内容封装到某个地方，以后再去调用被封装在某处的内容。

所以，在使用面向对象的封装特性时，需要：

• 将内容封装到某处
• 从某处调用被封装的内容

第一步：将内容封装到某处

# 创建类
class Foo:
    def __init__(self,name,age): #构造方法,根据类创建对象时自动执行
        self.name = name
        self.age = age

# 根据类Foo创建对象
# 自动执行Foo类的__init__方法
obj1 = Foo('felix',20) #将felix,20分别封装到obj1,self的name和age属性中

# 根据类Foo创建对象
# 自动执行Foo类的__init__方法
obj2 = Foo('jack li',46)  #jack li,46分别封装到obj2,self的name和age属性中

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 self 是一个形式参数，当执行 obj1 = Foo('felix',20) 时，self 等于 obj1

                              当执行 obj2 = Foo('jack li',46) 时，self 等于 obj2

所以，内容其实被封装到了对象 obj1 和 obj2 中，每个对象中都有 name 和 age 属性

第二步：从某处调用被封装的内容

调用被封装的内容时，有两种情况：

• 通过对象直接调用
• 通过self间接调用

1、通过对象直接调用被封装的内容

根据保存格式可以如此调用被封装的内容：对象.属性名

class Foo:
    def __init__(self,name,age): #构造方法,根据类创建对象时自动执行
        self.name = name
        self.age = age

obj1 = Foo('felix',20) 
print(obj1.name,obj1.age) #直接调用obj1对象的name和age属性

obj2 = Foo('jack li',46)  
print(obj2.name,obj2.age) #直接调用obj2对象的name和age属性

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2、通过self间接调用被封装的内容

执行类中的方法时，需要通过self间接调用被封装的内容

class Foo:
    def __init__(self,name,age): #构造方法,根据类创建对象时自动执行
        self.name = name
        self.age = age
    def detail(self):
        print(self.name)
        print(self.age)

obj1 = Foo('felix',20)
obj1.detail()   #Python默认会将obj1传给self参数，即：obj1.detail(obj1)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj1

obj2 = Foo('jack li',46)
obj2.detail()  # Python默认会将obj2传给self参数，即：obj1.detail(obj2)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj2

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综上所述，对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中，然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

练习一：在终端输出如下信息

    小明，10岁，男，上山去砍柴
    小明，10岁，男，开车去东北
    小明，10岁，男，最爱大保健
    老李，90岁，男，上山去砍柴
    老李，90岁，男，开车去东北
    老李，90岁，男，最爱大保健

#1、函数式编程
def kanchai(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(name, age, gender))


def qudongbei(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,开车去东北" %(name, age, gender))


def dabaojian(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(name, age, gender))

kanchai('小明', 10, '男')
qudongbei('小明', 10, '男')
dabaojian('小明', 10, '男')

kanchai('老李', 90, '男')
qudongbei('老李', 90, '男')
dabaojian('老李', 90, '男')

#2、面向对象编程
class Foo:
    
    def __init__(self, name, age ,gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender

    def kanchai(self):
        print("%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(self.name, self.age, self.gender))

    def qudongbei(self):
        print("%s,%s岁,%s,开车去东北" %(self.name, self.age, self.gender))

    def dabaojian(self):
        print("%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(self.name, self.age, self.gender))


xiaoming = Foo('小明', 10, '男')
xiaoming.kanchai()
xiaoming.qudongbei()
xiaoming.dabaojian()

laoli = Foo('老李', 90, '男')
laoli.kanchai()
laoli.qudongbei()
laoli.dabaojian()

#上述对比可以看出，如果使用函数式编程，需要在每次执行函数时传入相同的参数，如果参数多的话，又需要粘贴复制了...  ；而对于面向对象只需要在创建对象时，将所有需要的参数封装到当前对象中，之后再次使用时，通过self间接去当前对象中取值即可。

实例一

练习二：游戏人生程序

1、创建三个游戏人物，分别是：
    苍井井，女，18，初始战斗力1000
    东尼木木，男，20，初始战斗力1800
    波多多，女，19，初始战斗力2500

2、游戏场景，分别：
    草丛战斗，消耗200战斗力
    自我修炼，增长100战斗力
    多人游戏，消耗500战斗力

# #####################  定义实现功能的类  #####################

class Person:
    def __init__(self, na, gen, age, fig):
        self.name = na
        self.gender = gen
        self.age = age
        self.fight = fig

    def grassland(self):
        """注释：草丛战斗，消耗200战斗力"""

        self.fight = self.fight - 200

    def practice(self):
        """注释：自我修炼，增长100战斗力"""

        self.fight = self.fight + 200

    def incest(self):
        """注释：多人游戏，消耗500战斗力"""

        self.fight = self.fight - 500

    def detail(self):
        """注释：当前对象的详细情况"""

        temp = "姓名:%s ; 性别:%s ; 年龄:%s ; 战斗力:%s" % (self.name, self.gender, self.age, self.fight)
        print(temp)


# #####################  开始游戏  #####################

cang = Person('苍井井', '女', 18, 1000)  # 创建苍井井角色
dong = Person('东尼木木', '男', 20, 1800)  # 创建东尼木木角色
bo = Person('波多多', '女', 19, 2500)  # 创建波多多角色

cang.incest()  # 苍井空参加一次多人游戏
dong.practice()  # 东尼木木自我修炼了一次
bo.grassland()  # 波多多参加一次草丛战斗

# 输出当前所有人的详细情况
cang.detail()
dong.detail()
bo.detail()

cang.incest()  # 苍井空又参加一次多人游戏
dong.incest()  # 东尼木木也参加了一个多人游戏
bo.practice()  # 波多多自我修炼了一次

# 输出当前所有人的详细情况
cang.detail()
dong.detail()
bo.detail()

实例二

 

二、继承

继承，面向对象中的继承和现实生活中的继承相同，即：子可以继承父的内容。

class Animal:

    def eat(self):
        print("%s 吃 " %self.name)

    def drink(self):
        print("%s 喝 " %self.name)

    def shit(self):
        print("%s 拉 " %self.name)

    def pee(self):
        print("%s 撒 " %self.name)


class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '猫'

    def cry(self):
        print('喵喵叫')

class Dog(Animal):
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '狗'
        
    def cry(self):
        print('汪汪叫')
        

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.eat()

实例一

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类

所以，对于面向对象的继承来说，其实就是将多个类共有的方法提取到父类中，子类仅需继承父类而不必一一实现每个方法。

注：除了子类和父类的称谓，你可能看到过 派生类 和 基类 ，他们与子类和父类只是叫法不同而已。

 那么问题又来了，多继承呢？

• 是否可以继承多个类
• 如果继承的多个类每个类中都定了相同的函数，那么那一个会被使用呢？

1、Python的类可以继承多个类，Java和C#中则只能继承一个类

2、Python的类如果继承了多个类，那么其寻找方法的方式有两种，分别是：深度优先和广度优先

• 当类是经典类时，多继承情况下，会按照深度优先方式查找
• 当类是新式类时，多继承情况下，会按照广度优先方式查找

经典类和新式类，从字面上可以看出一个老一个新，新的必然包含了跟多的功能，也是之后推荐的写法，从写法上区分的话，如果 当前类或者父类继承了object类，那么该类便是新式类，否则便是经典类。

  　　　　

经典类继承

class D:
    def bar(self):
        print('D.bar')

class C(D):
    def bar(self):
        print('C.bar')

class B(D):
    def bar(self):
        print('B.bar')

class A(B, C):
    def bar(self):
        print('A.bar')

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> D --> C
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

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新式类继承

class D(object):
    def bar(self):
        print('D.bar')
class C(D):
    def bar(self):
        print('C.bar')
class B(D):
    def bar(self):
        print('B.bar')
class A(B, C):
    def bar(self):
        print('A.bar')

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> C --> D
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

新式类继承

经典类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错

新式类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错

注意：在上述查找过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了

 

 

 

 三、多态 

 Pyhon不支持Java和C#这一类强类型语言中多态的写法，但是原生多态，其Python崇尚“鸭子类型”。

class F1:
    pass
class S1(F1):
    def show(self):
        print('S1.show')
class S2(F1):
    def show(self):
        print('S2.show')
# 由于在Java或C#中定义函数参数时，必须指定参数的类型
# 为了让Func函数既可以执行S1对象的show方法，又可以执行S2对象的show方法，所以，定义了一个S1和S2类的父类
# 而实际传入的参数是：S1对象和S2对象
def Func(F1 obj):
    ##"""Func函数需要接收一个F1类型或者F1子类的类型"""
    print(obj.show())
s1_obj = S1()
Func(s1_obj)  # 在Func函数中传入S1类的对象 s1_obj，执行 S1 的show方法，结果：S1.show

s2_obj = S2()
Func(s2_obj)  # 在Func函数中传入Ss类的对象 ss_obj，执行 Ss 的show方法，结果：S2.show

Python伪代码实现Java或C#的多态

class F1:
    pass
class S1(F1):
    def show(self):
        print('S1.show')
class S2(F1):
    def show(self):
        print('S2.show')
def Func(obj):
    print(obj.show())
s1_obj = S1()
Func(s1_obj)

s2_obj = S2()
Func(s2_obj)

Python “鸭子类型”

总结 

以上就是本节对于面向对象初级知识的介绍，总结如下：

• 面向对象是一种编程方式，此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用
• 类 是一个模板，模板中包装了多个“函数”供使用
• 对象，根据模板创建的实例（即：对象），实例用于调用被包装在类中的函数
• 面向对象三大特性：封装、继承和多态

如果程序中的所有功能都是用 类 和 对象 来实现，那么就是面向对象编程了。

对于 C# 和 Java 程序员来说不存在这个问题，因为该两门语言只支持面向对象编程（不支持函数式编程）。而对于 Python 和 PHP 等语言却同时支持两种编程方式，且函数式编程能完成的操作，面向对象都可以实现；而面向对象的能完成的操作，函数式编程不行（函数式编程无法实现面向对象的封装功能）。

所以，一般在Python开发中，全部使用面向对象 或 面向对象和函数式混合使用

面向对象的应用场景:

1、多函数需使用共同的值，如：数据库的增、删、改、查操作都需要连接数据库字符串、主机名、用户名和密码

2、需要创建多个事物，每个事物属性个数相同，但是值的需求