3 Python面向对象编程

本章将会针对面向对象编程进行讲述，思路适用于所有的面向对象编程语言。

首先要理解什么样的编程方式才被成为面向对象，以及面向对象和面向过程的区别：
举个例子，现在我想把大象关进冰箱，你来用代码实现整个过程，写代码的时候，你会写：博主把大象关进冰箱共分为三步，第一步博主打开冰箱门，第二步博主把大象塞进冰箱，第三步博主关闭了冰箱门。这就是面向过程的编程思路。
那么怎样用面向对象的思维实现把大象关进冰箱？
首先分析整个过程的所有实体：有博主、大象和冰箱三个实体，这三个实体分别属于不同的类：博主是人类，大象是动物类，冰箱是家电类或者干脆就叫冰箱类（因为冰箱有很多不同的类型）。这里说的类是只每个实际存在的个体所属的类别，每个实际的个体就是这个类的实例。在面向对象编程中，我们首先需要把类定义出来，然后用类去构造对象（对象指的是实际存在的具体的个体，例如博主是人类的一个个体，我家的冰箱也是冰箱类的一个对象，被我关进冰箱的那头大象是大象类的一个具体的对象）。

这个教程不会对面向对象编程进行非常深入的讲解，读者只需要掌握如何定义类、如何使用类构造对象、理解python类的定义中成员函数和成员变量的定义和引用就足够了。
此外，作为基础知识的补充，读者要理解面向对象的基本要素：

封装：通过设置属性和函数为私有（private）增加访问权限实现封装
继承：把类分为父类和子类，子类继承父类的全部属性和方法（函数）。注意python是支持多重继承的，即一个子类可以继承多个父类；Java不支持多重继承。
多态：指同一个函数的调用，由于对象不同而可能产生不同的行为。多态仅仅局限在方法（函数）的多态，方法可以理解为动作或行为；属性是没有多态的。多态存在的前提是继承和子类重写父类的方法。在面向对象语言中，父类可以有多个子类，这些父类和子类通常拥有类似的行为，例如所有国家的人类都能说话和吃东西，但是说的语言不同，饮食习惯也不同，中国人说中文吃火锅，德国人说德语吃土豆，这就构成了多态——即：属于同一类的不同对象拥有多种形态。
*注意：由于python是动态语言，对于数据类型的要求不高，因此我并没有铺开来讲。而在java这种强类型静态语言中，这三大特性极为重要，数据类型一定要匹配
如果有读者需要深入学习面向对象，可以参考如下教程：刘江的博客教程

现在开始我的正文：

1 定义类和类的属性（成员变量）、成员函数

现在，根据你的分析，向美国的扩张已经完成了，团队面临着更好地管理单个播客集的任务。我们现在进行系统化管理。

请创建一个podcast类，其属性为episode、title、length、moderator和adverts。
前四个属性在创建新对象时被初始化。默认情况下，广告被初始化为0。
除了属性之外，最初应该只有一个方法display，通过display方法，要输出单个播客对象的所有信息的摘要（即输出Podcast类的对象的属性）。

class Podcast:
    def __init__(self, episode, title, length, moderator):
        # 属性的初始化，注意有默认值的属性不需要写在构造函数的参数表中，构造对象时默认值会自动生成
        self.Episode = episode
        self.Title = title
        self.Length = length
        self.Modetator = moderator
        self.Adverts = 0

    # 定义成员函数，参数表只有self，self表示Podcast对象，该对象拥有全部属性
    def display(self):
        print(f'Podcast episode Nr.: {self.Episode} with moderator {self.Modetator}\n')
        print(f'Theme of this podcast episode: {self.Title}\n')
        print(f'Length of this podcast episode: {self.Length}\n')
        print(f'Advertising blocks currently sold: {self.Adverts}')

*注意：定义类的时候，第一个参数按照惯例是self，用于表示这个类的对象，类似Java的this。在定义成员函数时，只要涉及调用类的属性，就必须通过self来调用。此外，无论定义类还是成员函数，都要考虑清楚参数表的内容

现在尝试构造一个podcast类，并调用其成员函数。

newPodcast = Podcast(23, 'Traveling Salesman Problems', 70, 'Square Pants Bob')
newPodcast.display()

海绵宝宝讲TSP

*注意：在我们构造类的时候，构造函数__init__()会自动调用，而当我们成功构造出这个类的对象后，我们才可以用这个对象调用该对象所属类的成员函数

2 丰富类的定义，增加新的成员函数

面向对象编程的一个很大的优势在于，当我们希望给所有对象增加新的行为或功能时，只需要修改类的代码。也就是说类相当于对象的模板。
上一小节只是把播客类的框架搭建好了，现在给这个类增加新的功能：

初始化后，对象的属性不应该再能从外部控制。——访问限制，封装，私有属性
除了现有的方法外，还要整合如下的方法

方法setAdverts将3分钟的广告块添加到播客的长度中。增加多少广告取决于传递的参数值（adverts）。广告的数量被存储在相应的属性（Adverts）中。在一集播客中加入的广告时间不得超过三次。
方法 "getAdverts "输出当前的播客中广告的数量。
用cut方法可以缩短一个播客。削减多少分钟取决于所传递的参数。然而，缩短后的播客时长不能低于30分钟。如果缩短后播客时长小于30分钟的限度，应该出现相应的提示信息。
请按照规范扩展Podcast类，然后执行相应的代码。

class Podcast:
    def __init__(self, episode, title, length, moderator):
        # 属性名前面加两条下划线表示私有属性，后期调用这些私有属性的时候也要相应地加上下划线
        self.__Episode = episode
        self.__Title = title
        self.__Length = length
        self.__Modetator = moderator
        self.__Adverts = 0

    # 定义成员函数，参数表只有self，self表示Podcast对象，该对象拥有全部属性
    def display(self):
        print(f'Podcast episode Nr.: {self.__Episode} with moderator {self.__Modetator}\n')
        print(f'Theme of this podcast episode: {self.__Title}\n')
        print(f'Length of this podcast episode: {self.__Length}\n')
        print(f'Advertising blocks currently sold: {self.__Adverts}')


    def setAdverts(self, adverts):
        if self.__Adverts + adverts > 3:
            print(f'Attention: Only a maximum of {3 - self.__Adverts} adverts may be added.\n')
        else:
            self.__Adverts += adverts
            self.__Length += 3 * adverts

    def getAdverts(self):
        return self.__Adverts

    def cut(self, minutes):
        if self.__Length - minutes >= 30:
            self.__Length -= minutes
        else:
            print("Attention: This episode cannot be shortened any further. It is currently " +str(self.__Length) + " minutes long.\n")

*注意：这里需要注意的点是，成员函数需要先进行判断，然后如果满足条件则进行赋值操作，如果不满足则进行print，输出提醒

现在再进行一次实例化，依然创建海绵宝宝讲TSP的播客对象，看看这次的功能有没有增加：

newPodcast = Podcast(23, 'Traveling Salesman Problems', 70, 'Square Pants Bob')
newPodcast.display()

newPodcast.setAdverts(2) # 这条语句执行之前，还没有加入广告，因此这个setAdverts无论如何都会执行
newPodcast.setAdverts(2) # 这一行执行前已经有2条广告了，无法再插入两条，因此会输出一个提醒

newPodcast.cut(45)
newPodcast.cut(10)

newPodcast.getAdverts()

*注意：只要涉及到使用函数，则必须注意函数名的写法和该函数要求的参数表。看参数表的时候尤其需要注意数据类型（现在我们见到的数据类型都是int，str这样的基本类型，事实上我们自己定义的类也是数据类型，也就是说函数的参数可以是我们自定义的类的对象）
*注意：成员函数的参数表总是包含self这个参数，在调用成员函数的时候不需要任何self变量，因此我们调用成员函数时只需要填写除了self之外的参数，例如getAdverts(self)，在调用的时候括号内不用写任何参数

3 继承：子类和父类

定义子类时，要用到下面的语法：

class 子类名(父类名)：

子类包含了父类所有的属性和方法，但是子类又未必拥有父类的所有属性和方法，这就需要用到重写或覆盖的概念，以播客类为例，
作为最后一步，将引入一个SpecialPodcast类，除了现有的属性外，它还应该包含一个specialguest。然而，由于嘉宾的确认总是在相对较短的时间内进行的，因此可以使用changeGuest方法再次改变specialguest。

请使用继承创建该子类，并且该类中包括附加属性和新方法。

class SpecialPodcast(Podcast):

    def __init__(self, episode, title, length, moderator, specialguest: str):
        super().__init__(episode, title, length, moderator)
        self.__SpecialGuest = specialguest
    
    def display(self):
        # 调用父类display函数
        super().display() 

        # 父类并不能完全满足需求，则增加一条属于子类的输出语句
        print(f"Specialguest der Podcastfolge ist: {self.SpecialGuest}") 
    
    @property  # 装饰器，decorator，用于将方法变成属性来调用
    def SpecialGuest(self):
        return self.__SpecialGuest

    def changeGuest(self, newGuest):
        if type(newGuest) != str:
            pass
        else:
            self.__SpecialGuest = newGuest
        return self.__SpecialGuest

sp = SpecialPodcast(1, "Vehicle Routing Problem", 65, "M. Ipler", "Dr. Best")
sp.changeGuest("Dr. Secondbest")
sp.display()
sp.changeGuest(2)

继承

4 super().init()

本小节引用自红鲤鱼与彩虹

init()一般用来创建对象的实例变量,或一次性操作,super()用于调用父类的方法,可用来解决多重继承问题,直白的说super().init()，就是继承父类的init方法，同样可以使用super()点其他方法名，去继承其他方法。

测试一、我们尝试下面代码，没有super（A, self).init()时调用A的父类Root的属性和方法（方法里不对Root数据进行二次操作）

class Root(object):
    def __init__(self):
        self.x= '这是属性'

    def fun(self):
        #print(self.x)
        print('这是方法')
        
class A(Root):
    def __init__(self):
        print('实例化时执行')

test = A()      #实例化类
test.fun()  #调用方法
test.x      #调用属性

可以看到此时父类的方法继承成功，可以使用，但是父类的属性却未继承，并不能用

*这里父类属性不能被继承，是因为父类的构造函数是私有的，父类私有的东西只能在父类中调用(x属性是公有的)

测试二、我们尝试下面代码，没有super(A,self).init()时调用A的父类Root的属性和方法（方法里对Root数据进行二次操作）

class Root(object):
    def __init__(self):
        self.x= '这是属性'

    def fun(self):
        print(self.x)
        print('这是方法')
        
class A(Root):
    def __init__(self):
        print('实例化时执行')

test = A()      #实例化类
test.fun()  #调用方法
test.x      #调用属性

可以看到此时报错和测试一相似，果然，还是不能用父类的属性

*注意：这里父类fun函数中调用了父类自己的属性，子类本应该继承了这个函数，但是实际上子类并不能使用父类的属性

测试三、我们尝试下面代码，加入super(A, self).init()时调用A的父类Root的属性和方法（方法里对Root数据进行二次操作）

class Root(object):
    def __init__(self):
        self.x = '这是属性'

    def fun(self):
        print(self.x)
        print('这是方法')


class A(Root):
    def __init__(self):
        super(A,self).__init__()
        print('实例化时执行')


test = A()  # 实例化类
test.fun()  # 调用方法
test.x  # 调用属性

执行父类构造函数

此时A已经成功继承了父类的属性，所以super().init()的作用也就显而易见了，就是执行父类的构造函数，使得我们能够调用父类的属性。

3 Python面向对象编程

1 定义类和类的属性（成员变量）、成员函数

2 丰富类的定义，增加新的成员函数

3 继承：子类和父类

4 super().init()

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