Python基础学习——面向对象编程（第一讲：面向对象概述、面向对象三个基本特征（封装性、继承性、多态性）、类和对象（定义类、创建和使用对象、实例变量、类变量、构造方法、实例方法、类方法、静态方法））

面向对象是Python最重要的特性，在Python中一切数据类型都是面向对象的。

1、面向对象概述
面向对象的编程思想是，按照真实世界客观事物的自然规律进行分析，客观世界中存在什么样的实体，构建软件系统就存在什么样的实体。
例如，在真实世界的学校里，会有学生和老师实体，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），学生还有学习、提问、吃饭和走路等操作。学生只是抽象的描述，这个抽象的描述称为“类”。在学校活动的是学生个体，即张同学、李同学等，这些具体的个体称为“对象”，对象也称为“实例”。
在现实世界有类和对象，软件世界也有面向对象，只不过他们会以某种计算机语言编写的程序代码形式存在，这就是面向对象编程。

2、面向对象三个基本特性
面向对象思想有三个基本特性：封装性、继承性和多态性。

封装性

面向对象的封装使外部访问者不能随意存取对象的内部数据，隐藏了对象的内部细节，只保留有限的对外接口。外部访问者不需要关心对象的内部细节，操作对象变得简单。

继承性

举例，轮船与客船的关系，客船具有轮船的全部特征和行为。
在面向对象中，轮船是一般类，客船是特殊类，特殊类拥有一般类的全部数据和操作，称为特殊类继承一般类。一般类称为“父类”或“超类”，特殊类称为“子类”或“派生类”。

多态性

多态性是指在父类中成员被子类继承之后，可以具有不同的状态或表现行为。

3、类和对象

Python中的数据类型都是类，类是组成Python程序的基本要素，它封装了一类对象的数据和操作。

定义类

Python语言中一个类的实现包括类定义和类体。
类定义语法格式如下：
class 类名 [(父类)]:
类体
其中，class是声明类的关键字，“类名”是自定义的类名，应该遵守Python命名规范，采用大驼峰法命名。“父类”声明当前继承的父类，父类可以省略声明，表示直接继承object类。
演示：

class Student(object):# 类体pass

注意：上述代码声明了一个学生类，它继承了object类，object是所有类的根类，在Python中任何一个类都直接或间接的继承object，所以（object）部分代码可以省略。
pass语句什么操作都不执行，用来维持程序结构的完整，进行占位。

创建和使用对象

一个对象的生命周期包括三个阶段：创建、使用和销毁。销毁对象时Python的垃圾回收机制释放不再使用的内存，不需要程序员负责。程序员只需关心创建和使用对象。
创建对象代码演示：

class Student(object):# 类体passstudent = Student()
print(student)

结果：

解释：Student（）表达式创建了一个学生对象，并把创建的对象赋值给student变量，student是指向学生对象的一个引用。通过student变量可以使用刚刚创建的学生对象。print函数打印对象输出。事实上，print函数调用了对象的_str_()方法输出字符串信息，str()方法是object类的一个方法。

实例变量

类成员展示：

#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .label{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);fill:#333;color:#333}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .label text{fill:#333}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node rect,#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node circle,#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node ellipse,#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node polygon,#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1px}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node .label{text-align:center;fill:#333}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .node.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .arrowheadPath{fill:#333}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .edgePath .path{stroke:#333;stroke-width:1.5px}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .flowchart-link{stroke:#333;fill:none}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .edgeLabel rect{opacity:0.9}#mermaid-svg-Ub0oybpGhsoW07Vy .edgeLabel 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“实例变量”就是某个实例（或对象）个体特有的“数据”，例如学生的姓名、学号、性别等。
代码演示：

class Student(object):"""定义学生类"""def __init__(self, name, sex, student_id):self.name = name# 定义姓名实例变量self.sex = sex# 定义性别实例变量self.student_id = student_id# 定义学号实例变量student = Student('张三', 1, 1711010201)print('姓名：{0}'.format(student.name))
print('性别：{0}'.format('女'if student.sex == 0 else '男'))
print('学号：{0}'.format(student.student_id))

结果：

注意：代码def语句是构造方法，构造方法是用来创建和初始化实例变量的。构造方法中的self指向当前实例的引用。代码self.name是在创建和初始化实例变量name，其中self.name表示对象的name实例变量。student.name是访问name实例变量。

类变量

“类变量”是所有实例（或对象）共有的变量。例如，学生的学费，假设每人的学费相同，那就可以在学生的类中设置一个类变量。
代码演示（上例代码重构）：

class Student(object):"""定义学生类"""tuition = 4800# 类变量学费def __init__(self, name, sex, student_id):self.name = name# 定义姓名实例变量self.sex = sex# 定义性别实例变量self.student_id = student_id# 定义学号实例变量student = Student('张三', 1, 1711010201)print('姓名：{0}'.format(student.name))
print('性别：{0}'.format('女'if student.sex == 0 else '男'))
print('学号：{0}'.format(student.student_id))
print('学费：{0}'.format(Student.tuition))

结果：

注意：类变量在方法之外定义，访问通过“类名.类变量”的形式访问。切勿通过“实例名.类变量”的形式访问，不符合设计规范。也不要在类之外创建实例变量，他们无法通过类中的方法访问。

构造方法

在前几例代码中有_init_()方法，该方法用来创建和初始化实例变量，这种方法就是“构造方法”。init()方法也属于魔法方法。
在此不做代码演示。
注意：定义时他的第一个参数是self，其后的参数才是用来初始化实例变量的，这些参数可以有默认值。调用构造方法是不需要传入self。

实例方法

实例方法与实例变量一样都是某个实例（或对象）个体特有的。
方法是定义在类中的函数，而定义实例方法时他的第一个参数也应该是self，这个过程是将当前实例与该方法绑定起来，使该方法称为实例方法。

代码演示：

class Student(object):"""定义学生类"""tuition = 4800# 类变量学费def __init__(self, name, sex, student_id, weight):self.name = name# 定义姓名实例变量self.sex = sex# 定义性别实例变量self.student_id = student_id# 定义学号实例变量self.weight = weight# 定义体重实例变量def eat(self):self.weight += 0.8print('eat...')student = Student('张三', 1, 1711010201, 60)print('姓名：{0}'.format(student.name))
print('性别：{0}'.format('女'if student.sex == 0 else '男'))
print('学号：{0}'.format(student.student_id))
print('学费：{0}'.format(Student.tuition))
print('体重：{0}'.format(student.weight))
student.eat()
print('{0}体重：{1}'.format(student.name, student.weight))

结果：

注意：student.eat()语句就是调用实例方法

类方法

“类方法”与“类变量”类似属于类，不属于个体实例的方法，类方法不需要与实例绑定，但需要与类绑定，定义时他的第一个参数是类的type实例。type是描述Python数据类型的类，Python中所有数据类型都是type的一个实例。
代码演示：

class Student(object):"""定义学生类"""tuition = 4800# 类变量学费def __init__(self, name, sex, student_id, weight):self.name = name# 定义姓名实例变量self.sex = sex# 定义性别实例变量self.student_id = student_id# 定义学号实例变量self.weight = weight# 定义体重实例变量def eat(self):self.weight += 0.8print('eat...')# 学费与重修费之和@classmethoddef tuition_add(cls, repair_fee):return cls.tuition + repair_feestudent = Student('张三', 1, 1711010201, 60)print('姓名：{0}'.format(student.name))
print('性别：{0}'.format('女'if student.sex == 0 else '男'))
print('学号：{0}'.format(student.student_id))
print('学费：{0}'.format(Student.tuition))
print('体重：{0}'.format(student.weight))
student.eat()
print('{0}体重：{1}'.format(student.name, student.weight))
print('学费与重修费总和：{0}'.format(Student.tuition_add(400)))

结果：

注意：定义类方法的两个关键：
一、方法第一个参数是cls是type类型，是当前Student类型的实例；
二、方法使用装饰器@classmethod声明该方法是类方法。
类方法使用：
类方法可以访问类变量和其他类方法，但不可访问其他实例方法和实例变量；
类方法调用采用“类名.类方法”形式调用。可以通过实例调用，但不符合规矩。

静态方法

如果定义的方法既不想与实例绑定，又不想与类绑定，只是想把类作为他的命名空间，那么可以定义静态方法。
代码演示（上述代码重构）：

class Student(object):"""定义学生类"""tuition = 4800# 类变量学费def __init__(self, name, sex, student_id, weight):self.name = name# 定义姓名实例变量self.sex = sex# 定义性别实例变量self.student_id = student_id# 定义学号实例变量self.weight = weight# 定义体重实例变量def eat(self):self.weight += 0.8print('eat...')# 学费与重修费之和# 类方法@classmethoddef tuition_add(cls, repair_fee):return cls.tuition + repair_fee# 静态方法@staticmethoddef tuition_with(repair_fee):return Student.tuition_add(repair_fee)student = Student('张三', 1, 1711010201, 60)print('姓名：{0}'.format(student.name))
print('性别：{0}'.format('女'if student.sex == 0 else '男'))
print('学号：{0}'.format(student.student_id))
print('学费：{0}'.format(Student.tuition))
print('体重：{0}'.format(student.weight))
student.eat()
print('{0}体重：{1}'.format(student.name, student.weight))
print('学费与重修费总和：{0}'.format(Student.tuition_add(400)))
print('学费与重修费总和：{0}'.format(Student.tuition_with(400)))

结果：

注意：@staticmethod装饰器，声明方法是静态方法，方法参数不指定self和cls。
调用静态方法与调用类方法相似都通过类名实现，也可以通过实例调用，但不符合规范。
类方法与静态方法在很多场景是类似的，只是在定义时有一些区别。类方法需要绑定类，静态方法不需要绑定类，静态方法与类的耦合度更加松散。
在类中定义静态方法只是为了提供一个基于类名的命名空间。

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