Python：面向对象编程 - 类

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在Python中，类是一种面向对象编程的重要概念，它允许你将数据和相关的操作组合在一起，创建自定义的数据类型。

定义类

使用 class 关键字来定义一个类，类名通常采用大写字母开头的驼峰命名法。例如，下面是一个简单的 Person 类的定义：

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

在这个例子中，__init__ 是一个特殊的方法，称为构造函数，用于初始化类的实例属性。self 表示类的实例本身，在类的方法中，通过 self 可以访问和操作实例的属性和方法。

创建类的实例

通过类名后面加上括号，并传入相应的参数，可以创建类的实例。例如：

person1 = Person("Alice", 25)
print(person1.name)  
# 输出 Alice
print(person1.age)  
# 输出 25

实例方法

类中的函数称为方法，实例方法是定义在类中的函数，它的第一个参数必须是 self，用于表示实例本身。实例方法可以访问和修改实例的属性。例如：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name} and I am {self.age} years old.")
person1 = Person("Bob", 30)
person1.say_hello()  
# 输出 Hello, my name is Bob and I am 30 years old.

类属性和类方法

类属性：类属性是属于类本身的属性，所有类的实例都共享这个属性。可以在类的内部直接定义类属性，不需要使用 self 关键字。例如：

class Person:
    species = "Homo sapiens"
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
print(Person.species)  
# 输出 Homo sapiens
person1 = Person("Charlie", 35)
print(person1.species)  
# 输出 Homo sapiens

类方法：类方法是定义在类中的方法，它使用 @classmethod 装饰器来标识，第一个参数是 cls，表示类本身。类方法可以访问和修改类属性，但不能直接访问实例属性。例如：

class Person:
    species = "Homo sapiens"
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    @classmethod
    def change_species(cls, new_species):
        cls.species = new_species
print(Person.species)  
# 输出 Homo sapiens
Person.change_species("Alien")
print(Person.species)  
# 输出 Alien

继承

继承是面向对象编程的一个重要特性，它允许你创建一个新的类，从现有的类中继承属性和方法。新的类称为子类，被继承的类称为父类。例如：

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, student_id):
        super().__init__(name, age)
        self.student_id = student_id
    def study(self):
        print(f"{self.name} is studying.")
student1 = Student("David", 20, "12345")
student1.say_hello()  
# 输出 Hello, my name is David and I am 20 years old.
student1.study()  
# 输出 David is studying.

在这个例子中，Student 类继承自 Person 类，它继承了 Person 类的 name 和 age 属性以及 say_hello 方法，同时还定义了自己的 student_id 属性和 study 方法。通过 super() 函数可以调用父类的构造函数来初始化继承的属性。

多态性

多态性是指不同的类可以具有相同名称的方法，但这些方法可以根据对象的不同类型执行不同的操作。例如：

class Dog:
    def speak(self):
        print("Woof!")
class Cat:
    def speak(self):
        print("Meow!")
def make_sound(animal):
    animal.speak()
dog = Dog()
cat = Cat()
make_sound(dog)  
# 输出 Woof!
make_sound(cat)  
# 输出 Meow!

在这个例子中，Dog 类和 Cat 类都有 speak 方法，通过 make_sound 函数可以根据传入的不同对象调用相应的 speak 方法，实现了多态性。

特殊方法

Python中的类还可以定义一些特殊方法，这些方法以双下划线开头和结尾，例如 __str__、__repr__、__add__ 等。这些特殊方法可以让类的实例在特定的操作中表现出不同的行为。例如：

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    def __str__(self):
        return f"Point({self.x}, {self.y})"
    def __add__(self, other):
        return Point(self.x + other.x, self.y + other.y)
point1 = Point(1, 2)
point2 = Point(3, 4)
print(point1)  
# 输出 Point(1, 2)
print(point1 + point2)  
# 输出 Point(4, 6)

在这个例子中，__str__ 方法定义了类的实例在被转换为字符串时的表示形式，__add__ 方法定义了类的实例在进行加法运算时的行为。

类是Python面向对象编程的核心概念，通过类可以实现代码的封装、继承和多态性，使代码更加模块化、可维护和可扩展，有助于编写更加复杂和高效的程序。