深入理解面向对象编程及其在Python中的应用

1 面向对象编程简介

面向对象编程——Object OrientedProgramming，简称OOP，是一种编程思想。 OOP将对象视为程序的基本单位。对象包含数据和对数据进行操作的函数。

面向过程的编程将计算机程序视为一系列命令集，即一组函数的顺序执行。为了简化编程，继续将面向过程的功能划分为子功能，即将大功能切割成小功能，以降低系统的复杂度。

面向对象编程将计算机程序视为对象的集合，每个对象都可以从其他对象接收消息并处理这些消息。计算机程序的执行是在对象之间传递的一系列消息。。

在Python中，所有数据类型都可以被视为对象，当然对象也可以自定义。自定义对象数据类型是面向对象中类的概念。

举个例子来说明面向过程和面向对象程序流程的区别：

假设您要处理学生的成绩列表。为了表示学生的成绩，面向过程的程序可以用字典来表示：

std1 = {
    'name': 'Michael', 'score': 98 }
std2 = {
    'name': 'Bob', 'score': 81 }

处理学生成绩可以通过函数来实现，比如打印学生成绩：

def print_score(std):
    print('%s: %s' % (std['name'], std['score']))

如果采用面向对象的编程思想，首先要考虑的不是程序的执行过程，而是应该将Student数据类型视为一个对象。这个对象有两个属性（Property）：name和score。如果要打印某个学生的成绩，必须先创建一个与该学生对应的对象，然后向该对象发送 print_score 消息，让该对象打印出自己的数据。

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))

向一个对象发送消息，实际上就是调用该对象对应的关联函数，这就是该对象的方法。一个面向对象的程序是这样写的：

bart = Student('Bart Simpson', 59)
lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
bart.print_score()
lisa.print_score()

面向对象的设计思想是抽象Class，并基于Class创建Instance。面向对象的抽象层次高于函数，因为一个Class既包含数据，也包含操作数据的方法。

2 类和实例

面向对象最重要的概念是类和实例。一定要记住，类是抽象模板，比如Student类，而实例则是基于类创建的具体“对象”。每个对象都有相同的方法，但各自的数据可能不同。

仍然以Student类为例，在Python中，通过class关键字来定义一个类：

class Student(object):
    pass

课后紧接着就是班级名，即Student。类名通常是一个以大写字母开头的单词，后跟（object），表示该类继承自哪个类。通常如果没有合适的继承类，则使用对象类。，这是所有类最终都会继承的类。

定义Student类后，就可以基于Student类创建Student的实例了。创建实例是通过类名+()来实现的：

>>> bart = Student()
>>> bart
<__main__.Student object at 0x10a67a590>
>>> Student
<class '__main__.Student'>

可以看到，变量bart指向了Student的一个实例，后面的0x10a67a590就是内存地址。每个对象的地址不同，Student本身就是一个类。

您可以自由地将属性绑定到实例变量。例如，将 name 属性绑定到实例 bart：

>>> bart.name = 'Bart Simpson'
>>> bart.name
'Bart Simpson'

由于类可以充当模板，因此在创建实例时，可以强制填写一些认为需要绑定的属性。通过定义一个特殊的 __init__ 方法，将名称和分数等属性与它联系起来：

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

请注意，__init__ 方法的第一个参数始终是 self，它代表创建的实例本身。因此，在 __init__ 方法中，可以将各种属性绑定到 self，因为 self 指向创建的实例本身。

使用 __init__ 方法，创建实例时不能传入空参数。必须传入与 __init__ 方法匹配的参数，但不需要传递 self。 Python 解释器将传入实例变量本身。：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.name
'Bart Simpson'
>>> bart.score
59

与普通函数相比，类中定义的函数唯一的区别是第一个参数始终是实例变量self，调用时不需要传递该参数。除此之外，类方法与普通函数没有什么不同，因此您仍然可以使用默认参数、变量参数、关键字参数和命名关键字参数。

3 数据封装

面向对象编程的一个重要特征是数据封装。在上面的 Student 类中，每个实例都有自己的名称和分数数据。这些数据可以通过函数访问，例如打印学生的成绩：

>>> def print_score(std):
...     print('%s: %s' % (std.name, std.score))
...
>>> print_score(bart)
Bart Simpson: 59

由于Student实例本身拥有这些数据，所以要访问这些数据，可以直接在Student类内部定义访问数据的函数，从而封装“数据”。这些封装数据的函数与 Student 类本身相关联，称为类方法：

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))