Python笔记(三):高级特性之面向对象编程

0x00. 概述

在学习Java编程之初就接触到了“面向对象编程”这个概念,因为Java就是一门面向对象语言。由于当时没有接触过“面向过程编程”的概念,所以很难理解透彻“面向对象”的概念。

现在,在学习了既可以“面向对象”又可以“面向过程”的Python语言后,是时候来个总结了。

0x01. 介绍

面向对象程序设计(英语:Object-oriented programming,缩写:OOP)是一种程序设计范型,同时也是一种程序开发的方法。对象指的是类的实例。它将对象作为程序的基本单元,将程序和数据封装其中,以提高软件的重用性、灵活性和扩展性。

——摘自维基百科

其实,面向对象和面向对象程序设计是两个概念。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发,扩展到如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。面向对象是一种对现实世界理解和抽象的方法,是计算机编程技术发展到一定阶段后的产物。

本文主要讨论面向对象编程的意义和面向对象编程在Python中的应用。

面向过程&面向对象

在讨论面向对象时,不得不提的一个概念就是面向过程。那么,这两者到底是什么关系呢?其实也没什么关系啦,面向对象编程出现在面向过程之后,但两者并不是继承关系。相反地,经常把两者放在一起是因为这两种编程方法的设计思想完全不同。

面向过程以过程为中心,完成功能时先分析步骤,用函数将各步骤实现,使用时按步骤依次调用;面向对象则以事物为中心,先从问题中抽象出一个或多个事物,每个事物都具有自己的属性和行为,通过事物之间的消息传递共同完成功能。

举个例子:早起出门去上班。

面向过程实现代码:

def get_up():
    print('get up....')

def have_breakfast():
    print('have breakfast...')

def open_door():
    print('open the door...')

def lock_door():
    print('lock the door...')

def drive_car():
    print('driving...')

def working():
    print('work hard...')

# 依次调用完成功能
get_up()
have_breakfast()
open_door()
lock_door()
drive_car()
working()

面向对象实现代码:

class Person():
    def get_up(self):
        print('get up....')

    def have_breakfast(self):
        print('have breakfast...')

    def open_door(self, door):
        door.open()

    def lock_door(self, door):
        door.lock()

    def drive_car(self, car):
        car.drive()

    def working(self):
        print('work hard...')

class Door():
    def open(self):
        print('open...')

    def lock(self):
        print('lock...')

class Car():
    def drive(self):
        print('drive...')

# 通过各对象之间的消息传递共同完成功能
p = Person()
car = Car()
door = Door()
p.get_up()
p.have_breakfast()
p.open_door(door)
p.lock_door(door)
p.drive_car(car)
p.working()

面向对象的特点

对照上面的例子,我们来看一下面向对象的特点:

a) 封装:将相关的属性和逻辑组合起来形成一个函数,将相关的属性和行为(函数)组合起来形成一个类。

封装的主要优点是隐藏不相关逻辑,拿“开车去上班”来说,我们只需要驾驶汽车,不需要关注发动机是怎么驱动汽车前进的,所以驱动汽车前进的逻辑被封装到了类Cardrive方法中。

b) 继承:继承在上面的例子中没有体现,我们再举个简单的例子:

class Chinese(Person):
    def __init__(self, hair_color):
        self.hair_color = hair_color

上面的例子中,类Chinese继承自Person,那么类Chinese就自然拥有了Person的所有公开的属性和方法,你可以这样使用:

ch = Chinese('black')
ch.get_up()
ch.have_breakfast()
...

另外需要注意,Python是支持多继承的,即一个子类可以有多个父类。

c) 多态:多态是面向对象三大特征之一,但是对于Python来说,这个特征并不明显,因为Python是动态语言,支持“鸭子类型”。什么是鸭子类型呢?“只要长得像鸭子,走路像鸭子,就认为它是鸭子,在代码中的表现如下:

# 我们定义一个Computer类,也有open和close
class Computer():
    def open():
        print('open...')

    def close():
        print('open...')
#虽然Computer与Door没有继承关系,依然可以被Person类中的相关方法调用
c = Computer()
p.open_door(c)
p.lock_door(c)

虽然多态在Python中的特征并不明显,这里我们还是了解一下多态的概念和意义。多态是指一个名称可以表示多个对象,这多个对象有一个共同的超类。那么多态有什么作用呢,在静态语言中,如Java,如果一个函数的形式参数是Person类型,则所有Person类型及其子类的对象都可以实际参数传入该函数。

最后我们讲一个面向对象编程设计中的常用原则:开闭原则

开闭原则即“对扩展开放,对修改关闭”,翻译成人话就是:当软件需求变化时,尽量通过扩展软件实体的行为和属性来实现变化,而不是修改已有代码来实现。如果还是不理解,可以参考文章末尾的链接,本文不再赘述。

0x02. 结语

虽然笔者在学习编程过程中一直接触“面向对象”的概念,但是到目前为止还是没能完全掌握面向对象的设计思想。在此分享下笔者对面向对象编程的理解:

  • 面向对象编程设计原则:谁的数据谁处理;
  • 在设计程序结构时多用基类,函数接口尽量做到灵活

面向对象思想有趣而深奥,欢迎大家对文章多作批评指正。

0x03. 参考资料:

廖雪峰Python教程

面向对象程序设计@维基百科

面向对象程序设计@百度百科

面向过程@百度百科

开闭原则

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