Python面向对象入门：从零开始的简单教程

在编程领域中，面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）是一种核心设计范式，而Python作为一种强大的解释型语言，以其简洁和灵活的语法，特别擅长实现OOP的概念。相较于过程式编程，OOP提供了更为清晰、模块化、且易于维护的代码架构。在Python中采用OOP，有助于构建结构清晰、易于理解和维护的复杂程序，提升代码的复用性和可扩展性。

定义与实例化

类是对象的蓝图，定义了对象的属性和方法，而对象则是类的具体实例。下面定义一个基础的类 Person 以展示如何定义类和实例化对象：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def describe(self):
        return f"{self.name} is {self.age} years old."

通过以下代码实例化对象：

person1 = Person("Alice", 30)
person2 = Person("Bob", 25)

属性与方法的访问与调用

通过对象名访问属性，使用点符号来调用方法：

print(person1.describe())
print(person2.describe())

封装

封装是隐藏内部实现细节，仅公开必要的接口。使用 __ 开头的属性和方法来实现：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self._name = name
        self._age = age

    def get_name(self):
        return self._name

    def get_age(self):
        return self._age

通过对象名访问属性：

person = Person("Charlie", 22)
print(person.get_name())
print(person.get_age())

继承

继承允许创建新类，该类从现有类继承属性和方法：

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, grade):
        super().__init__(name, age)
        self.grade = grade

    def describe_student(self):
        return f"{self.name} is {self.age} years old and in grade {self.grade}."

通过多态实现不同类的相同方法：

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, age, subject):
        super().__init__(name, age)
        self.subject = subject

    def describe(self):
        return f"{self.name} teaches {self.subject}."

def introduce(person):
    print(person.describe())

introduce(person1)
introduce(Student("David", 17, 12))
introduce(Teacher("Eva", 35, "Math"))

多态的实践

魔法方法与特殊属性

Python提供魔法方法来定义类的行为，如 __init__、__str__、__len__ 等，并实现特殊属性，如 __doc__：

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

    def __add__(self, other):
        if isinstance(other, Vector):
            return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
        return "Cannot add non-vector."

v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
print(v1)
print(v1 + v2)

class Color:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __doc__(self):
        return f"This class represents a color named {self.name}."

实战与练习

创建一个简单的面向对象程序，设计一个 BankAccount 类，包含账户余额和存款/取款功能：

class BankAccount:
    def __init__(self, balance=0.0):
        self.balance = balance

    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount
        return self.balance

    def withdraw(self, amount):
        if amount <= self.balance:
            self.balance -= amount
            return self.balance
        else:
            return "Insufficient funds."

设计与实现 Circle 类

定义 Circle 类，包含圆的半径和计算面积的方法：

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2

    def __str__(self):
        return f"Circle with radius {self.radius}"

实现 Calculator 类

创建 Calculator 类，包含基本的加、减、乘、除方法：

class Calculator:
    def add(self, a, b):
        return a + b

    def subtract(self, a, b):
        return a - b

    def multiply(self, a, b):
        return a * b

    def divide(self, a, b):
        if b != 0:
            return a / b
        else:
            return "Error: Division by zero."

通过本教程，我们深入探讨了Python面向对象编程的多个核心概念，从类与对象的基础到高级特性，包括封装、继承、多态、魔法方法等。实践环节展示了如何将理论知识应用于实际编程问题，加深了理解和记忆。

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