一文学会Python面向对象中封装、继承、多态使用

在Python这门强大而灵活的编程语言中，面向对象编程（OOP）是一个核心的概念，它主要包括三个基本的特性：封装、继承和多态。接下来，我将通过实际的代码示例和详细的解释，带你深入了解这三个概念，并掌握如何在Python中运用它们。

一、封装（Encapsulation）

封装是面向对象编程的一种方法，它将对象的状态和行为组合在一起，并隐藏了对象内部实现的细节，只暴露出有限的接口供外部访问。

代码示例

class Car:
    def __init__(self, speed, color):
        self.__speed = speed  # 私有属性，用两个下划线开头
        self.color = color

    def set_speed(self, speed):
        if speed < 0:
            print("速度不能为负数")
        else:
            self.__speed = speed

    def get_speed(self):
        return self.__speed

car = Car(60, "红色")
print(car.color)  # 输出：红色
print(car.get_speed())  # 输出：60
car.set_speed(-10)  # 输出：速度不能为负数
car.set_speed(80)
print(car.get_speed())  # 输出：80

在上面的例子中，我们定义了一个Car类，它有两个属性：__speed和color。其中__speed是一个私有属性，只能在类的内部访问，我们通过set_speed和get_speed这两个方法来对其进行设置和获取。这样做的好处是我们可以在设置速度的时候加入一些验证逻辑，确保速度不会被设置为负数。

二、继承（Inheritance）

继承是面向对象编程中的另一个重要概念，它允许我们定义一个基类，并创建一个或多个派生类，派生类继承了基类的属性和方法，并可以添加或覆盖基类的方法。

代码示例

class Vehicle:
    def __init__(self, speed):
        self.speed = speed

    def drive(self):
        print(f"该交通工具正在以{self.speed}km/h的速度行驶")

class Car(Vehicle):
    def __init__(self, speed, brand):
        super().__init__(speed)  # 调用基类的构造函数
        self.brand = brand

    def drive(self):
        print(f"{self.brand}汽车正在以{self.speed}km/h的速度行驶")

car = Car(80, "宝马")
car.drive()  # 输出：宝马汽车正在以80km/h的速度行驶

在这个例子中，我们定义了两个类：Vehicle和Car。Vehicle是一个基类，有一个drive方法用来输出交通工具的行驶速度。Car是从Vehicle继承来的派生类，它除了继承了Vehicle的所有属性和方法外，还添加了一个新的属性brand，并重写了drive方法。当我们创建了一个Car的实例并调用drive方法时，它实际上调用的是Car自己的drive方法，而不是基类Vehicle的drive方法。

三、多态（Polymorphism）

多态是指同一个操作作用于不同的对象上可以有不同的解释，即一个接口可以有多个实现。这使得我们可以用一个统一的接口来操作不同的对象，提高了代码的灵活性和可扩展性。

代码示例

class Dog:
    def speak(self):
        return "汪汪汪"

class Cat:
    def speak(self):
        return "喵喵喵"

def animal_sound(animal):
    print(animal.speak())

dog = Dog()
cat = Cat()
animal_sound(dog)  # 输出：汪汪汪
animal_sound(cat)  # 输出：喵喵喵

在这个例子中，我们定义了两个类：Dog和Cat，它们都有一个speak方法用来输出该动物的叫声。虽然Dog和Cat没有继承自同一个基类，但是它们都实现了speak方法，因此我们可以用相同的方式来调用它们的speak方法。animal_sound函数接受一个动物对象作为参数，并调用它的speak方法，无论传入的是Dog对象还是Cat对象，它都能正确地调用相应的方法，这就是多态的体现。
通过上面的例子，我们可以看到，封装、继承和多态是面向对象编程的三大基石，它们使得我们的代码更加灵活和易于扩展。掌握了这三个概念，你就能更加自如地运用Python进行面向对象编程了。

四、三者区别

下表总结了封装、继承和多态在面向对象编程中的主要区别：

特性	封装（Encapsulation）	继承（Inheritance）	多态（Polymorphism）
定义	将对象的状态和行为组合在一起，隐藏对象内部实现的细节，只暴露有限的接口供外部访问	允许定义一个基类，并创建一个或多个派生类，派生类继承了基类的属性和方法	同一个操作作用于不同的对象上可以有不同的解释，即一个接口可以有多个实现
目的	提高程序的安全性，防止外部代码直接访问对象内部的状态，只能通过定义好的接口来操作对象	实现代码的复用，派生类可以复用基类的代码，也可以添加或覆盖基类的方法	提高代码的灵活性和可扩展性，通过统一的接口来操作不同的对象
实现方式	通过定义私有属性和公共方法来实现	通过类的继承来实现，派生类使用**super()**来调用基类的方法	通过方法的重写（Override）或者接口实现来实现
例子	类中定义了私有属性和公共方法，外部代码只能通过公共方法来操作私有属性	派生类继承基类的所有属性和方法，可以添加或覆盖基类的方法	不同的类实现相同的方法，通过相同的接口调用不同类的方法

从上表可以看出，封装、继承和多态是面向对象编程的三大特性，它们各有不同的目的和实现方式，但都旨在提高代码的可维护性和可扩展性。