Python程序設(shè)計(jì)授課教師：第8章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程描述面向?qū)ο缶幊淌荘ython采用的基本編程思想，它可以將屬性和代碼集成在一起，定義為類，從而使程序設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、規(guī)范、有條理。本章將介紹在Python中實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰幕痉椒?。本章知識(shí)點(diǎn)8.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)8.2定義和使用類8.3類的繼承和多態(tài)8.4復(fù)制對(duì)象8.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)8.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想概述8.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的基本概念8.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想概述在日常生活中，要描述一個(gè)事務(wù)，既要說(shuō)明它的屬性，也要說(shuō)明它所能進(jìn)行的操作。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，將事務(wù)的屬性和方法都包含在類中，而對(duì)象則是類的一個(gè)實(shí)例。如果將人定義為類的話，那么某個(gè)具體的人就是一個(gè)對(duì)象。不同的對(duì)象擁有不同的屬性值。8.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想概述8.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的基本概念

（1）對(duì)象（object）：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想可以將一組數(shù)據(jù)和與這組數(shù)據(jù)有關(guān)操作組裝在一起，形成一個(gè)實(shí)體，這個(gè)實(shí)體就是對(duì)象。（2）類（class）：具有相同或相似性質(zhì)的對(duì)象的抽象就是類。因此，對(duì)象的抽象是類，類的具體化就是對(duì)象。例如，如果人類是一個(gè)類，則一個(gè)具體的人就是一個(gè)對(duì)象。（3）封裝：將數(shù)據(jù)和操作捆綁在一起，定義一個(gè)新類的過(guò)程就是封裝。8.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的基本概念

（4）繼承：類之間的關(guān)系，在這種關(guān)系中，一個(gè)類共享了一個(gè)或多個(gè)其他類定義的結(jié)構(gòu)和行為。繼承描述了類之間的關(guān)系。子類可以對(duì)基類的行為進(jìn)行擴(kuò)展、覆蓋、重定義。如果人類是一個(gè)類，則可以定義一個(gè)子類“男人”?！澳腥恕笨梢岳^承人類的屬性（例如，姓名、身高、年齡等）和方法（即動(dòng)作，例如，吃飯和走路等），在子類中就無(wú)需重復(fù)定義了。從同一個(gè)類中繼承得到的子類也具有多態(tài)性，即相同的函數(shù)名在不同子類中有不同的實(shí)現(xiàn)。就如同子女會(huì)從父母那里繼承到人類共有的特性，而子女也具有自己的特性。8.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的基本概念

（5）方法：也稱為成員函數(shù)，是指對(duì)象上的操作，作為類聲明的一部分來(lái)定義。方法定義了對(duì)一個(gè)對(duì)象可以執(zhí)行的操作。（6）構(gòu)造函數(shù)：一種成員函數(shù)，用來(lái)在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)初始化對(duì)象。（7）析構(gòu)函數(shù)：析構(gòu)函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)相反，當(dāng)對(duì)象脫離其作用域時(shí)（例如對(duì)象所在的函數(shù)已調(diào)用完畢），系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)。析構(gòu)函數(shù)往往用來(lái)做“清理善后”的工作。8.2定義和使用類8.2.1聲明類8.2.2靜態(tài)變量8.2.3靜態(tài)方法的使用8.2.4類方法的使用8.2.5對(duì)象類型判斷8.2.1聲明類在Python中，可以使用class關(guān)鍵字來(lái)聲明一個(gè)類，基本語(yǔ)法如下：class類名:

成員變量

成員函數(shù)同樣，Python使用縮進(jìn)標(biāo)識(shí)類的定義代碼?！纠?-1】定義一個(gè)類PersonclassPerson: defSayHello(self): print("Hello!")在類Person中，定義了一個(gè)成員函數(shù)SayHello，用于輸出字符串"Hello!"1．self【例8-1】中，在成員函數(shù)SayHello()中有一個(gè)參數(shù)self。這也是類的成員函數(shù)（方法）與普通函數(shù)的主要區(qū)別。類的成員函數(shù)必須有一個(gè)參數(shù)self，而且位于參數(shù)列表的開(kāi)頭。self就代表類的實(shí)例（對(duì)象）自身，可以使用self引用類的屬性和成員函數(shù)。2．定義類的對(duì)象對(duì)象是類的實(shí)例。只有定義了具體的對(duì)象，才能使用類。Python創(chuàng)建對(duì)象的方法如下：

對(duì)象名=類名()例如，下面的代碼定義了一個(gè)類Person的對(duì)象p：p=Person()p實(shí)際相當(dāng)于一個(gè)變量，可以使用它來(lái)訪問(wèn)類的成員變量和成員函數(shù)。【例8-2】classPerson: defSayHello(self): print("Hello!")p=Person()p.SayHello()程序定義了類Person的一個(gè)對(duì)象p，然后使用它來(lái)調(diào)用類Person的成員函數(shù)SayHello()，運(yùn)行結(jié)果如下：Hello!3．成員變量在類定義中，可以定義成員變量并同時(shí)對(duì)其賦初始值?！纠?-3】定義一個(gè)類MyString，定義成員變量str，并同時(shí)對(duì)其賦初始值。classMyString: str="MyString" defoutput(self): print(self.str)#在類的成員函數(shù)中使用self引用成員變量s=MyString()s.output()運(yùn)行結(jié)果：MyString3．成員變量Python使用下劃線作為變量前綴和后綴來(lái)指定特殊變量，規(guī)則如下：

__xxx__表示系統(tǒng)定義名字。

__xxx表示類中的私有變量名。類的成員變量可以分為兩種情況，一種是公有變量，一種是私有變量。公有變量可以在類的外部訪問(wèn)，它是類與用戶之間交流的接口。用戶可以通過(guò)公有變量向類中傳遞數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)公有變量獲取類中的數(shù)據(jù)。在類的外部無(wú)法訪問(wèn)私有變量，從而保證類的設(shè)計(jì)思想和內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不完全對(duì)外公開(kāi)。在Python中除了__xxx格式的成員變量外，其他的成員變量都是公有變量。4．構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)是類的一個(gè)特殊函數(shù)，它擁有一個(gè)固定的名稱，即__init__（注意，函數(shù)名是以兩個(gè)下劃線開(kāi)頭和兩個(gè)下劃線結(jié)束的）。當(dāng)創(chuàng)建類的對(duì)象實(shí)例時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，通過(guò)構(gòu)造函數(shù)對(duì)類進(jìn)行初始化操作。【例8-4】在MyString類中使用構(gòu)造函數(shù)的實(shí)例。classMyString: def__init__(self): self.str="MyString" defoutput(self): print(self.str)s=MyString()s.output()在構(gòu)造函數(shù)中，程序?qū)凶兞縮tr設(shè)置了初始值?？梢栽跇?gòu)造函數(shù)中使用參數(shù)，通常使用參數(shù)來(lái)設(shè)置成員變量（特別是私有變量）的值?！纠?-5】在類UserInfo中使用帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。classUserInfo: def__init__(self,name,pwd): self.username=name#公有變量 self._pwd=pwd#私有變量 defoutput(self): print("用戶："+self.username+"\n密碼："+self._pwd)u=UserInfo("admin","123456")u.output()【例8-5】運(yùn)行結(jié)果如下：用戶：admin密碼：1234565．析構(gòu)函數(shù)Python析構(gòu)函數(shù)有一個(gè)固定的名稱，即__del__。通常在析構(gòu)函數(shù)中釋放類所占用的資源。使用del語(yǔ)句可以刪除一個(gè)對(duì)象。釋放它所占用的資源。在實(shí)例對(duì)象被回收時(shí)將調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。【例8-6】使用析構(gòu)函數(shù)的一個(gè)實(shí)例。classMyString: def__init__(self):#構(gòu)造函數(shù) self.str="MyString" def__del__(self):#析構(gòu)函數(shù) print("byebye~") defoutput(self): print(self.str)s=MyString()s.output()dels#刪除對(duì)象【例8-6】運(yùn)行結(jié)果如下：MyStringbyebye~8.2.2靜態(tài)變量靜態(tài)變量和靜態(tài)方法是類的靜態(tài)成員，它們與普通的成員變量和成員方法不同，靜態(tài)類變量和成員與具體的對(duì)象沒(méi)有關(guān)系，而是只屬于定義它們的類。8.2.2靜態(tài)變量Python不需要顯式定義靜態(tài)變量，任何公有變量都可以作為靜態(tài)變量使用。訪問(wèn)靜態(tài)變量的方法：類名.變量名雖然也可以通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)靜態(tài)變量，但是同一個(gè)變量，通過(guò)類名訪問(wèn)與通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)的實(shí)例不同，而且不互相干擾。【例8-7】定義一個(gè)類Users，使用靜態(tài)變量online_count記錄當(dāng)前在線的用戶數(shù)量。classUsers:online_count=0def__init__(self):#構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，Users.online_count加1Users.online_count+=1def__del__(self):#析構(gòu)函數(shù)，釋放對(duì)象時(shí)，Users.online_count減1Users.online_count-=1a=Users()#創(chuàng)建Users對(duì)象aa.online_count+=1print(Users.online_count)運(yùn)行結(jié)果：1【例8-7】擴(kuò)展classUsers:online_count=0def__init__(self):Users.online_count+=1def__del__(self):Users.online_count-=1print(Users.online_count)a=Users()a.online_count+=1print(Users.online_count)print(a.online_count)運(yùn)行結(jié)果：0128.2.3靜態(tài)方法的使用與靜態(tài)變量相同，靜態(tài)方法只屬于定義它的類，而不屬于任何一個(gè)具體的對(duì)象。靜態(tài)方法具有如下特點(diǎn)：（1）靜態(tài)方法無(wú)需傳入self參數(shù)，因此在靜態(tài)方法中無(wú)法訪問(wèn)實(shí)例變量。（2）在靜態(tài)方法中不可以直接訪問(wèn)類的靜態(tài)變量，但可以通過(guò)類名引用靜態(tài)變量。因?yàn)殪o態(tài)方法既無(wú)法訪問(wèn)實(shí)例變量，也不能直接訪問(wèn)類的靜態(tài)變量，所以靜態(tài)方法與定義它的類沒(méi)有直接關(guān)系，而是起到了類似函數(shù)工具庫(kù)的作用。8.2.3靜態(tài)方法的使用使用裝飾符@staticmethod定義靜態(tài)方法：class類名: @staticmethod def靜態(tài)方法名():

方法體可以通過(guò)對(duì)象名調(diào)用靜態(tài)方法，也可以通過(guò)類名調(diào)用靜態(tài)方法。而且這兩種方法沒(méi)有區(qū)別?！纠?-8】classMyClass:#定義類

var1='String1'@staticmethod#靜態(tài)方法

defstaticmd():print("我是靜態(tài)方法")MyClass.staticmd()c=MyClass()c.staticmd()程序中分別使用類和對(duì)象調(diào)用靜態(tài)方法staticmd()，運(yùn)行結(jié)果如下：我是靜態(tài)方法我是靜態(tài)方法8.2.4類方法的使用類方法是Python的一個(gè)新概念。類方法具有如下特性：（1）與靜態(tài)方法一樣，可以使用類名調(diào)用類方法。（2）與靜態(tài)方法一樣，類成員方法也無(wú)法訪問(wèn)實(shí)例變量，但可以訪問(wèn)類的靜態(tài)變量。（3）類方法需傳入代表本類的cls參數(shù)。8.2.4類方法的使用使用裝飾符@classmethod定義類方法：class類名: @classmethod def類方法名(cls):

方法體可以通過(guò)對(duì)象名調(diào)用類方法，也可以通過(guò)類名調(diào)用類方法。而且這兩種方法沒(méi)有什么區(qū)別。類方法有一個(gè)參數(shù)cls，代表定義類方法的類，可以通過(guò)cls訪問(wèn)類的靜態(tài)變量。【例8-9】classMyClass:#定義類

val1='String1'

def__init__(self):self.val2='Value2'@classmethod#類方法

defclassmd(cls):print(cls.val1)#通過(guò)參數(shù)cls訪問(wèn)類的靜態(tài)變量MyClass.classmd()c=MyClass()c.classmd()【例8-9】運(yùn)行結(jié)果如下：String1String18.2.5對(duì)象類型判斷使用isinstance()函數(shù)可以用來(lái)檢測(cè)一個(gè)給定的對(duì)象是否屬于（繼承于）某個(gè)類或類型，如果是則返回True；否則返回False。其使用方法：isinstance(對(duì)象名,類名或類型名)【例8-10】classMyClass:#定義類

val1='String1'

def__init__(self):self.val2='Value2'c=MyClass()print(isinstance(c,MyClass))l=[1,2,3,4]print(isinstance(l,list))運(yùn)行結(jié)果如下：TrueTrue8.3類的繼承和多態(tài)繼承和多態(tài)是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想的重要機(jī)制。類可以繼承其他類的內(nèi)容，包括成員變量和成員函數(shù)。而從同一個(gè)類中繼承得到的子類也具有多態(tài)性，即相同的函數(shù)名在不同子類中有不同的實(shí)現(xiàn)。就如同子女會(huì)從父母那里繼承到人類共有的特性，而子女也具有自己的特性。8.3.1繼承通過(guò)繼承機(jī)制，用戶可以很方便地繼承其他類的工作成果。如果有一個(gè)設(shè)計(jì)完成的類A，可以從其派生出一個(gè)子類B，類B擁有類A的所有屬性和函數(shù)，這個(gè)過(guò)程叫做繼承。類A被稱為類B的父類。8.3.1繼承可以在定義類時(shí)指定其父類。例如，存在一個(gè)類A，定義代碼如下：classA:

def__init__(self,property):#構(gòu)造函數(shù)

pertyA=property#類A的成員變量

deffunctionA():

#類A的成員函數(shù)從類A派生一個(gè)類B，代碼如下：classB(A):propertyB#類B的成員變量deffunctionB(): #類B的成員函數(shù)8.3.1繼承從類B中可以訪問(wèn)到類A中的成員變量和成員函數(shù)，例如：objB=B() #定義一個(gè)類B的對(duì)象objBprint(objB.propertyA) #訪問(wèn)類A的成員變量objB.functionA()#訪問(wèn)類A的成員函數(shù)因?yàn)轭怋是從類A派生出來(lái)的，所以它繼承了類A的屬性和方法?！纠?-11】參見(jiàn)教材

8.3.2抽象類和多態(tài)使用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想可以通過(guò)對(duì)類的繼承實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的層次化設(shè)計(jì)。類的繼承關(guān)系是樹(shù)狀的，從一個(gè)根類中可以派生出多個(gè)子類，而子類還可以派生出其他子類，以此類推。每個(gè)子類都可以從父類中繼承成員變量和成員函數(shù)，實(shí)際上相當(dāng)于繼承了一套程序設(shè)計(jì)框架。8.3.2抽象類和多態(tài)Python可以實(shí)現(xiàn)抽象類的概念。抽象類是包含抽象方法的類，而抽象方法不包含任何實(shí)現(xiàn)的代碼，只能在其子類中實(shí)現(xiàn)抽象函數(shù)的代碼。例如，在繪制各種圖形時(shí)，都可以指定繪圖使用的顏色（Color變量），也需要包含一個(gè)繪制動(dòng)作（Draw()方法）。而在繪制不同圖形時(shí)，還需要指定一些特殊的屬性，例如在畫線時(shí)需要指定起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)，在畫圓時(shí)需要指定圓心和半徑等?？梢远x一個(gè)抽象類Shape，包含所有繪圖類所包含的Color變量和Draw()方法；分別定義畫線類MyLine和畫圓類MyCircle，具體實(shí)現(xiàn)Draw()方法。1．定義抽象類Python通過(guò)類庫(kù)abc實(shí)現(xiàn)抽象類，因此在定義抽象類之前需要從類庫(kù)abc導(dǎo)入ABCMeta類和abstractmethod類。方法如下：fromabcimportABCMeta,abstractmethodABCMeta是MetaclassfordefiningAbstractBaseClasses的縮寫，也就是抽象基類的元類。所謂元類就是創(chuàng)建類的類。在定義抽象類時(shí)只需要在類定義中增加如下代碼：__metaclass__=ABCMeta即指定該類的元類是ABCMeta。例如：classmyabc(object):__metaclass__=ABCMeta……1．定義抽象類在抽象類里面可以定義抽象方法。定義抽象方法時(shí)需要在前面加上代碼：@abstractmethod因?yàn)槌橄蠓椒ú话魏螌?shí)現(xiàn)的代碼，所以其函數(shù)體通常使用pass。例如，在抽象類myabc中定義一個(gè)抽象方法abcmethod()，代碼如下：classmyabc(object):__metaclass__=ABCMeta@abstractmethoddefabcmethod(self):pass……2．實(shí)現(xiàn)抽象類可以從抽象類派生子類。方法與普通類的派生和繼承一樣，可以參照教材8.3.1節(jié)理解。3．多態(tài)所謂多態(tài)，指抽象類中定義的一個(gè)方法，可以在其子類中重新實(shí)現(xiàn)，不同子類中的實(shí)現(xiàn)方法也不相同?！纠?-12】首先創(chuàng)建一個(gè)抽象類Shape，它定義了一個(gè)畫圖類的基本框架，代碼如下：classShape(object):__metaclass__=ABCMetadef__init__(self):self.color='black'#默認(rèn)使用黑色@abstractmethoddefdraw(self):pass【例8-12】創(chuàng)建類Shape的子類circleclasscircle(Shape):def__init__(self,x,y,r):#定義圓心坐標(biāo)和半徑

self.x=xself.y=yself.r=rdefdraw(self):print("DrawCircle:(%d,%d,%d)"%(self.x,self.y,self.r))【例8-12】再?gòu)念怱hape中派生出畫直線的類lineclassline(Shape):def__init__(self,x1,y1,x2,y2):#定義起止坐標(biāo)值

self.x1=x1self.y1=y1self.x2=x2self.y2=y2defdraw(self):print("DrawLine:(%d,%d,%d,%d)"%(self.x1,self.y1,self.x2,self.y2))【例8-12】從上可以看到，在不同的子類中，抽象方法draw()有不同的實(shí)現(xiàn)，這就是類的多態(tài)?！纠?-12】定義一個(gè)類circle的對(duì)象c，然后調(diào)用draw()方法，代碼如下：c=circle(10,10,5)c.draw()定義一個(gè)類line的對(duì)象l，然后調(diào)用draw()函數(shù)，代碼如下：l=line(10,10,20,20)l.draw()輸出結(jié)果如下：DrawCircle:(10,10,5)DrawLine:(10,10,20,20)3．多態(tài)因?yàn)槌橄箢惖淖宇惗紝?shí)現(xiàn)抽象類中定義的抽象方法，所以可以把同一抽象類的各種子類對(duì)象定義成一個(gè)序列的元素，然后遍歷列表，調(diào)用抽象方法?！纠?-13】將【例8-12】中類circle和類line的對(duì)象組成一個(gè)列表list。然后通過(guò)遍歷列表list，調(diào)用抽象方法。類Shape及其子類circle和line的定義與【例8-12】中相同。定義對(duì)象列表和遍歷列表調(diào)用抽象方法的代碼如下：c=circle(10,10,5)l=line(10,10,20,20)list=[]list.append(c)list.append(l)foriinrange(len(list)):list[i].draw()【例8-13】輸出結(jié)果如下：DrawCircle:(10,10,5)DrawLine:(10,10,20,20)8.4復(fù)制對(duì)象8.4.1通過(guò)賦值復(fù)制對(duì)象8.4.2通過(guò)函數(shù)參數(shù)復(fù)制對(duì)象8.4.1通過(guò)賦值復(fù)制對(duì)象可以通過(guò)賦值操作復(fù)制對(duì)象，方法如下：新對(duì)象名=原有對(duì)象名【例8-14】在【例8-13】的基礎(chǔ)上，定義一個(gè)類circle的對(duì)象mycircle，對(duì)其設(shè)置成員變量的值。然后再將其賦值到新的對(duì)象newcir