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外观

第二章 面向对象高级 ​

  1. 定义类的几种语法
  2. Python中的继承
  3. Python中的封装
  4. Python中的多态
  5. 面向对象的其他特性

1. 定义类的几种语法 ​

  • 方法1：类名
  • 方法2：类名()
  • 方法3：类名(object) 最常用的方式

2. Inheritance ​

在Python中，所有类默认继承object类，object类是顶级类或基类，其他子类叫派生类。 当子类继承父类时，子类拥有和父类完全一样的功能，但是不用再写大量重复代码。

  • 优势：提高代码复用率，减少重复代码的书写。
  • 弊端：耦合性增强，父类不好的部分子类都会有。
  • 开发原则：高内聚，低耦合。内聚：类自己处理问题的能力；耦合：类与类之间的关系。

2.1 单继承 ​

一个子类只能继承一个父类，不能继承多个类。这个子类有父类的属性和方法。

2.2 多继承 ​

一个类同时继承多个父类，并且同时具有所有父类的属性和方法。

  • 注意：当一个类有多个父类时，默认继承第一个父类的同名属性和方法，可以使用 class.__mro__attribute 或 class.mro() 的方法查看调用的先后顺序。
  • MRO: method resolution order 方法解析顺序
# 查看mro机制的结果
print(Prentice.mro()) # Prentice -> School -> Master -> object
print(Prentice.__mro__)
"""
[<class '__main__.Prentice'>, <class '__main__.Master'>, <class '__main__.Training'>, <class 'object'>]
(<class '__main__.Prentice'>, <class '__main__.Master'>, <class '__main__.Training'>, <class 'object'>)
"""

2.3 Override ​

重写=覆盖，子类属性或方法与父类命名相同时，父类继承下来的成员可以重新定义.

2.4 子类调用父类方法 ​

  1. 子类想保留父类的行为，则需要在子类中调用父类方法，可以直接使用父类名在调用，使用方法：parent.parentmethod(self)
  2. 使用 super() 调用父类方法，使用的方法：super().parentmethod()
    • 使用 super() 可以自动查找父类，适合单继承使用，多继承不建议

2.5 多层继承 ​

C继承B，B继承A这种结构的多层继承关系。

3. Encapsulation ​

在软件编程中，将属性和方法书写到类的里面的操作。封装可以为属性和方法添加私有权限。

  • 优势：安全性、复用性
  • 弊端：代码量显著增加

在Python中可以为属性和方法设置私有权限，即设置某个属性或方法不继承给子类。设置私有属性和方法的方式：在属性或方法名前加__，格式：

# private attribute
__attribute

# private method
def __method():

私有属性和方法使用规则：

  • 只能在类的内部使用，不能在外部使用；
  • 如果想在类外部使用，通过公共接口。

3.1 私有属性 ​

不用继承给子类的属性被称为私有属性，在属性或方法名前加上__，就可以设置私有属性或方法。

3.2 私有方法 ​

私有属性不能直接访问，在Python中，一般定义方法名get__attribute用来获取私有属性，定义set__attribute用来修改私有属性值。

4. Polymorphism ​

同一个函数，传入不同的对象，得到不同的状态。

  • 优势：应用解耦，同函数不同效果
  • 弊端：无法精准限定类型

4.1 成立条件 ​

python 是伪多态，即便都没有实现，系统也不会报错。

  1. 有继承（定义父类、定义子类，子类继承父类）
  2. 函数重写（子类重写父类函数）
  3. 父类引用指向子类对象（子类对象传给父类对象调用者）
python
构建对象对战平台object_play
    1 英雄一代机（战力60）与敌军栈机（战力70）对抗。英雄一代栈机失败！
    2 卧薪尝胆，英雄二代机（战力80）出场，战胜敌军战机！
    3 对象对战平台 object_play，代码不变，完成多次战斗
思路分析
    抽象战机类 HeroFighter, AdvHeroFighter；敌方战机 EnemyFighter
    构建对象战斗平台，使用多态实现

4.2 优势 ​

  1. 在不改变框架代码的情况下，通过多态语法轻松实现模块与模块之间的解耦合，实现了软件系统的可拓展性；
  2. 解耦合：搭建平台函数相当于任务的调用者，子类、孙子类重写父类函数，相当于子任务，即任务的调用者和任务的编写者进行解耦合；
  3. 可拓展：搭建的平台函数可以在不做任何修改的情况下，调用之后工程师写的代码。

4.3 抽象类 ​

父类用来确定有哪些方法（父类指定接口标准），具体的方法实现由子类实现（子类实现接口标准），这种写法属于抽象类。

  • 抽象类：含有抽象方法的类
  • 抽象方法：方法体是空实现，即 pass 的称之为抽象方法
  • abstract class = interface = standard

配合多态，可以完成：

  • 抽象的父类设计（设计标准）
  • 具体的子类实现（实现标准 ）

5. 面向对象的其他特性 ​

5.1 对象属性 ​

属性：类或对象中定义的属性。object.attribute 和 self.sttribute

5.2 类属性 ​

类所拥有的属性，它能被整个类共享（即可以直接调用）。

python
Class.attribute     # 推荐使用
object.attribute

5.3 类方法 ​

类所拥有的方法，并需要使用装饰器 @classmethod 来标识其为类方法，同时一定要注意的是对于类方法的第一个参数必须是类对象，通常以cls作为第一个参数名。

5.4 静态方法 ​

需要通过装饰器 @staticmethod 来标识其为静态方法，且静态方法不需要定义参数。

6. Python综合案例：学生信息管理系统 ​

6.1 需求分析 ​

开始 -》总程序入口 -》显示操作界面（添加，修改，删除，查询，显示所有，保存信息，退出系统） -》结束

  1. 使用面向对象、字符串、列表、字典、文件等知识点来完成一个学生管理系统V2.0；
    1. 可以显示基本的版本信息和操作界面；
    2. 可以通过键盘输入信息来完成基本功能，例如选择序号、确认退出、添加学生、修改信息等；
    3. 学生属性姓名有姓名、性别、年龄、联系方式、描述信息等；
    4. 使用系统可对学生信息进行增删改查；
    5. 可以使用文件对学生信息进行加载或保存等；
    6. 可重复对学生进行增删改查操作，当确认退出系统后，直接退出系统；
    7. 请使用面向对象编程思想完成项目的升级处理；
  2. 针对学生，该系统具有添加、修改、删除、查询所有学生/单个学生、保存信息、退出系统等操作；
  3. 角色分析
    1. 角色1：学生管理系统 Student
    2. 角色2：学生管理系统 StudentCMS（content management system）
    3. 注意：为了方便维护代码，一个角色一个文件，项目的程序主入口，习惯为 main.py
  4. 项目文件规划
    1. 创建项目目录，例如 StudentManagerSystem 程序文件如下：
      • 程序入口文件：main.py
      • 学生文件：student.py
      • 管理系统文件：studentcms.py

6.2 开发实践 ​

一. 学生类文件：student.py

二. 学生管理系统文件：studentcms.py

  1. 创建学生管理系统类
  2. 存储数据的形式：列表存储学生对象
  3. 显示界面
  4. 系统功能
    • 添加学生信息
    • 删除学生信息
    • 修改学生信息
    • 查询学生信息
    • 显示所有学生信息
    • 保存学生信息
    • 退出系统
  5. 搭建项目基本框架：为了便于后期快速开发，一般在项目初期会根据项目开发需求进行搭建基本项目框架，以便更高效开发。
    1. 需求：系统功能循环使用，用户输入不同的功能序号执行不同功能。
    2. 步骤：
    • 定义程序入口函数 start() ：
      • 模拟系统启动用户等待
      • 显示功能菜单
      • 用户输入功能序号
      • 根据用户输入的功能序号执行不同功能，同时考虑程序稳定性
    • 定义系统功能函数，添加、删除学生等
  6. 退出系统：退出前必须要能反复多次显示操作界面
    • 能反复多次的选择操作序号来执行功能；
    • 用户想退出时，可以输入 y 或 Y 后退出系统的继续执行。

三. 程序主入口文件：main.py

6.3 具体实现代码 ​

6.3.1 添加学生信息 ​

python
# 1.添加学生信息
def add_student(self):
    name = input('input student name: ')
    gender = input('input student gender: ')
    age = input('input student age: ')
    phone = int(input('input student phone: '))
    desc = input('input student description: ')

    # 把上述信息封装成学生对象
    stu = Student(name, gender, age, phone, desc)
    self.stu_list.append(stu)
    print(f'add {name} student info successfully\n')

6.3.2 修改学生信息 ​

python
# 2.用户输入目标学生姓名，cms遍历学生数据列表。
# 如果用户输入的学生姓名存在，则修改该学生其他信息，否则提示该学生不存在。
def modify_student(self):
    mod_name = input('input student name you want to modify: ')
    for stu in self.stu_list:
        if stu.name == mod_name:
            # 提示用户录入新的学生信息
            print(f'Now you can input new info about {mod_name}!')
            stu.gender = input('input modified student gender: ')
            stu.age = int(input('input modified student age: '))
            stu.phone = int(input('input modified student phone: '))
            stu.desc = input('input modified student description: ')

            print(f'Modified {mod_name} student info successfully\n')
            break
    else:
        print(f'{mod_name} student info did not found, please check the info first!\n')

6.3.3 删除学生信息 ​

python
# 3.用户输入目标学生姓名，cms遍历学生数据列表
# 如果用户输入的学生姓名存在，则删除，否则提示该学生不存在。
def delete_student(self):
    del_name = input('input student name you want to delete: ')
    for stu in self.stu_list:
        if stu.name == del_name:
            self.stu_list.remove(stu)
            print(f'remove {del_name} student info successfully\n')
            break
    else:
        print(f'{del_name} student info did not found.\n')

6.3.4 查询学生信息 ​

python
# 4.用户输入目标学生姓名，cms遍历学生数据列表。
# 如果用户输入的学生姓名存在，则打印学生信息，否则提示该学生不存在。
def query_particular_student(self):
    query_name = input('input student name you want to query: ')
    for stu in self.stu_list:
        if stu.name == query_name:
            print(stu, end='\n')
            break
    else:
        print(f'{query_name} student info did not found.\n')

6.3.5 显示所有学生信息 ​

python
# 5. 显示所有学生信息，便于浏览：遍历学生数据列表并打印所有信息
def show_student(self):
    # 5.1. 判断列表长度，如果长度为0，需要提示：暂无学生信息
    length_list = len(self.stu_list)
    if length_list == 0:
        print('no student info, please add student information first!\n')
    # 5.2. 如果长度不为0，遍历并打印所有学生信息
    for stu in self.stu_list:
        print(stu)
    print()

6.3.6 保存信息 ​

python
# 6. 保存学生信息：将修改以后的学生数据保存到存储数据的文件
# 步骤：打开文件 -> 将列表中的学生转换为String类型写入文件 -> 关闭文件
def save_student(self):
    # 关联学生信息文件
    with open('./stu_data.txt', 'w', encoding='utf-8') as dest_file:
        # 把 [stu_object, stu_object, Stu_object] → [dic, dic, dic]
        stu_dict = [stu.__dict__ for stu in self.stu_list]
        # 把字典列表，持久化到文件中
        dest_file.write(str(stu_dict))  # 务必转成字符串再写入，否则会报错

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