python面向对象编程(封装与继承)

一、 面向过程编程语言

“面向过程”(Procedure Oriented)是一种以过程为中心的编程思想。分析出解决问题所需要的步
骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。

面向对象的方法也是含有面向过程的思想。面向过程最重要的是模块化的思想方
法。比如拿学生早上起来这件事说明面向过程，粗略的可以将过程拟为：
(1)起床
(2)穿衣
(3)洗脸刷牙
(4)去学校
而这4步就是一步一步地完成，它的顺序很重要，你只需要一个一个地实现就行了。
而如果是用面向对象的方法的话，可能就只抽象出一个学生的类，它包括这四个
方法，但是具体的顺序就不一定按照原来的顺序。

• 特性：
  模块化 流程化
• 优点：
  性能比面向对象高, 因为类调用时需要实例化，开销比较大，比较消耗资源;
  单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等一般采用面向过程开发，性能是最重要的因素。
• 缺点：
  没有面向对象易维护、易复用、易扩展

二、 函数式编程语言

函数式编程是种编程方式，它将电脑运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是λ
演算（lambda calculus），而且λ演算的函数可以接受函数当作输入（参数）和输出（返回值）。
主要思想: 把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。

三、面向对象编程语言

面向对象是按人们认识客观世界的系统思维方式，把构成问题事务分解成各个对象，建立对
象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决问题的步骤中的行为。

• 特性： 抽象 封装 继承 多态
• 优点： 易维护、易复用、易扩展，由于面向对象有封装、继承、多态性的特性，
  可以设计出低耦合 的系统，使系统更加灵活、更加易于维护
• 缺点： 性能比面向过程低

1 . 类和对象

• 类（Class）是现实或思维世界中的实体在计算机中的反映，它将数据以及这些数
  据上的操作封装在一起。
• 对象(Object)是具有类类型的变量。类和对象是面向对象编程技术中的最基本的概
  念

1. 如何定义类? class 类(): pass
2. 如何将类转换成对象?
   实例化是指在面向对象的编程中，把用类创建对象的过程称为实例化。是将一个抽象的概
   念类，具体到该类实物的过程。实例化过程中一般由类名 对象名 = 类名（参数1，参数2…参数n）
   构成。

# 类（Class）
class Cat:
    # 属性:一般是名词，eg：name,age,gender....
    name = 'name'
    kind = 'kind'
    # 方法：一般情况是动词，eg:create,delete,eating,run...
    def eat(self):
        print('cat like eating fish...')
#对象（Object）:对类得实例化（具体化）
jiongjiong = Cat()

print(Cat)   #<class '__main__.Cat'>
print(jiongjiong)   #<__main__.Cat object at 0x000001E5D1684B50>

类（Class）是是创建实例的模板
对象(Object)是一个一个具体的实例

2 . 封装特性

面向对象的三大特性是指：封装、继承和多态

(1)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：
1). 将内容封装到某处
2). 从某处调用被封装的内容
1). 通过对象直接调用被封装的内容： 对象.属性名
2). 通过self间接调用被封装的内容： self.属性名
3). 通过self间接调用被封装的内容: self.方法名()

构造方法__init__与其他普通方法不同的地方在于，当一个对象被创建后，会立即调
用构造方法。自动执行构造方法里面的内容。
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。

# 类(Class)
class Cat:
    def __init__(self, name, kind):  # 形参
        """
        1. 构造方法，实例化对象时自动执行的方法
        2. self是什么? self实质上是实例化的对象
        3. 类方法中, python解释器会自动把对象作为参数传给self
        """
        print('正在执行__init__构造方法')
        print('self:', self)
        # 属性：一般是名词，eg: name, age, gender.....
        # 封装: self.name将对象和name属性封装/绑定
        self.name = name
        self.kind = kind
    # 方法: 一般情况是动词, eg: create, delete, eating, run......
    def eat(self):
        print('cat %s like eating fish.....' %(self.name))

# 对象(Object):对类的实例化(具体化)
jiongjiong = Cat("囧囧", "美短虎斑")
print(jiongjiong.name)
print(jiongjiong.kind)
jiongjiong.eat()

代码运行结果：

创建一个类People,拥有的属性为姓名， 性别和年龄， 拥有的方法为购物,玩游戏,学习;实例化
对象,执行相应的方法。 显示如下:
小明,18岁,男,去西安赛格购物广场购物
小王,20岁,男,去西安赛格购物广场购物
小红,22岁,女,在西部开源学习
提示:
属性:name,age,gender
方法:shopping(), playGame(), learning()

"""
创建一个类People,拥有的属性为姓名， 性别和年龄， 拥有的方法为购物,玩游戏,学习;实例化
对象,执行相应的方法。 显示如下:
小明,18岁,男,去西安赛格购物广场购物
小王,20岁,男,去西安赛格购物广场购物
小红,22岁,女,在西部开源学习
提示:
属性:name,age,gender
方法:shopping(), playGame(), learning()
"""
class People:
    def __init__(self,name,age,gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender

    def shopping(self):
        print(f'{self.name},{self.age}岁，{self.gender}，去西安赛格购物广场购物')

    def learning(self):
        print(f'{self.name},{self.age}岁,{self.gender},在西部开源学习')
p1 = People('小明','18','男')
p2 = People('小王','20','男')
p3 = People('小红','22','女')

p1.shopping()
p2.shopping()
p3.learning()

代码运行结果：

3 . 继承特性

面向对象的三大特性是指：封装、继承和多态

1. 继承
2. 多继承
3. 私有属性与私有方法

继承描述的是事物之间的所属关系,当我们定义一个class的时候,可以从某个现有的class继承,新的class称为子类、扩展类(Subclass),而被继承的class称为基类、父类或超类(Baseclass、
Superclass)。

• 问题一: 如何让实现继承?
  子类在继承的时候,在定义类时,小括号()中为父类的名字
• 问题二: 继承的工作机制是什么?
  父类的属性、方法,会被继承给子类。 举例如下: 如果子类没有定义__init__方法,父类有,那么在子类继承父类的时候这个方法就被继承了,所以只要创建对象,就默认执行了那个继承过来的__init__方法

class Student:
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')
class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是student"""
    pass

#实例化
m1 = MathStudent('华罗庚',88)
print(m1.name)
print(m1.age)
m1.learning()    #子类没有就会去父类找
# m1.choice_course()  #子类和父类都没有就会报错

代码运行结果：

4 . 重写父类方法

就是子类中,有一个和父类相同名字的方法,在子类中的方法会覆盖掉父类中同名的方法。

class Student:
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')

    def choice_course(self):
        print('正在选课中'.center(50,'*'))

class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是student"""
    def choice_course(self):
        # 需求：先执行父类的方法choice_course，再个性化执行自己的方法
        #Student.choice_course(self)  #方法1：直接执行父类的方法，但不建议
        #方法2：通过super找到父类的方法，再执行（）中的。
        super(MathStudent,self).choice_course()
        info = """
                   课程表
            1. 高数
            2. 线性代数
            3. 概率论
        """
        print(info)

#实例化
m1 = MathStudent('华罗庚',88)
m1.choice_course()

代码运行结果：

5 . 练习

两数相加力扣网址

直接在力扣上做,代码如下：

#Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def addTwoNumbers(self, l1: ListNode, l2: ListNode) -> ListNode:
        res = 0
        l3 = ListNode()
        cur = l3
        while(l1 or l2):
             if(l1):
                 res += l1.val  # res=2
                 l1 = l1.next
             if(l2):
                 res += l2.val # res=2+5=7
                 l2 = l2.next
        # res=10, val=0, res=>val val=res%10
        # res=14, val=4, 14%10=4
             l3.next = ListNode(res%10)
             l3 = l3.next
        # res=10, 进位为1， 10//10=1
        # res=14, 进位为1， 14//10=1
             res  //= 10
        if res == 1:
            l3.next = ListNode(1)
        return cur.next

6 . 链表的封装

"""
参考链接 https://www.cnblogs.com/klyjb/p/11237361.html
数组: 需要连续的内存空间
链表: 不需要连续的内存空间
                数组              链表
增加元素        O(n)                O(1)
删除元素        O(n)                O(1)
修改元素        O(1)                O(n)
查看元素        O(1)                O(n)
"""

# 封装节点类
class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

    def travel(self, head):
        """遍历链表里面的每一个元素"""
        while head:
            print(head.val, end=',')
            head = head.next

def create_l1():
    # l1 = 2,4,3
    # l2 = 5, 6, 4
    l1 = ListNode()
    node1 = ListNode(val=2)
    node2 = ListNode(val=4)
    node3 = ListNode(val=3)
    l1.next = node1
    node1.next = node2
    node2.next = node3
    return  l1.next

def create_l2():
    # l1 = 2,4,3
    # l2 = 5, 6, 4
    l2 = ListNode()
    node1 = ListNode(val=5)
    node2 = ListNode(val=6)
    node3 = ListNode(val=4)
    l2.next = node1
    node1.next = node2
    node2.next = node3
    return  l2.next

def addTwoNumbers(l1: ListNode, l2: ListNode) -> ListNode:
    res = 0
    l3 = ListNode()
    cur = l3
    while(l1 or l2):
        if(l1):
            res += l1.val  # res=2
            l1 = l1.next
        if(l2):
            res += l2.val # res=2+5=7
            l2 = l2.next
        # res=10, val=0, res=>val val=res%10
        # res=14, val=4, 14%10=4
        l3.next = ListNode(res%10)
        l3 = l3.next
        # res=10, 进位为1， 10//10=1
        # res=14, 进位为1， 14//10=1
        res  //= 10
    if res == 1:
        l3.next = ListNode(1)
    return cur.next
    
if __name__ == '__main__':
    l1 = create_l1()
    l2 = create_l2()
    l3 = addTwoNumbers(l1, l2)
    l3.travel(l3)

7. 多继承

多继承,即子类有多个父类,并且具有它们的特征

在Python 2及以前的版本中，由任意内置类型派生出的类，都属于“新式
类”
，都会获得所有“新式类”的特性；反之，即不由任意内置类型派生出的类，
则称之为“经典类”。

“新式类”和“经典类”的区分在Python 3之后就已经不存在，在Python 3.x之后的版本，因为所有的类都派生自内置类型object(即使没有显示的继承object类型)，即所有的类都是“新式类”。
最明显的区别在于继承搜索的顺序不同，即：
经典类多继承搜索顺序(深度优先算法):先深入继承树左侧查找，然后再返回，开始查找右侧。
新式类多继承搜索顺序(广度优先算法):先在水平方向查找，然后再向上查找，

"""
新式类: 广度优先算法
经典类： 深度优先算法(py2中的部分类属于经典类)

python3所有的类都属于新式类。新式类的继承算法是广度优先。

# 分析多继承的相关代码
>pip install djangorestframework
from rest_framework import viewsets
viewsets.ModelViewSet
"""

class D(object):
    def hello(self):
        print('D')
class C(D):
    # def hello(self):
    #     print('C')
    pass
class B(D):
    pass
    # def hello(self):
    #     print('B')
class A(B, C):
    pass
    # def hello(self):
    #     print('A')
a = A()
a.hello()

四、私有属性和私有方法

默认情况下,属性在 Python 中都是“public”， 大多数 OO 语言提供“访问控制符”来限定成员函数的访问。
在 Python 中,实例的变量名如果以 __ 开头,就变成了一个私有变量/属性
(private),实例的函数名如果以 __ 开头,就变成了一个私有函数/方法(private)只
有内部可以访问,外部不能访问。

class Student:
    """父类Student"""
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        # 私有属性，以双下划线开头。
        # 工作机制: 类的外部(包括子类)不能访问和操作，类的内部可以访问和操作。
        self.__score = score

    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')

    def get_score(self):
        self.__modify_score()
        return  self.__score

    # 私有方法是以双下划线开头的方法,
    #工作机制: 类的外部(包括子类)不能访问和操作，类的内部可以访问和操作。
    def __modify_score(self):
        self.__score += 20

class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是Student"""
    def get_score(self):
        self.__modify_score()
        return  self.__score

# 报错原因: 子类无法继承父类的私有属性和私有方法。
s1 = MathStudent('张三', 18, 100)
score = s1.get_score()
print(score)

优势

1. 确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态,这样通过访问限制的保护, 代码更加健壮。
2. 如果又要允许外部代码修改属性怎么办?可以给类增加专门设置属性方
   法。 为什么大费周折?因为在方法中,可以对参数做检查,避免传入无效的参数。

五、多态特性

多态（Polymorphism）按字面的意思就是“多种状态”。在面向对象语言中，接口的多种不同的实现方式即为多态。通俗来说： 同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果。

多态的好处就是，当我们需要传入更多的子类，只需要继承父类就可以了，而方法既可以直接不重写（即使用父类的），也可以重写一个特有的。这就是多态的意思。调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种的子类时，只要确保新方法编写正确，而不用管原来的代码。这就是著名的“开闭”原则：
对扩展开放（Open for extension）：允许子类重写方法函数
对修改封闭（Closed for modification）：不重写，直接继承父类方法函数