python学习之【继承、封装、多态】-Toy模板网

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前言

距离上篇文章 python学习之【类和对象】已有三个星期之久，这篇文章介绍面向对象的三大特征——封装，继承，多态。

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对于编程初学者来说，学习python应该是比较好入手的，文末会给大家介绍下python的一些特点，供需要学习编程语言的伙伴一个简单的参考。

我们知道python是一种面向对象的语言，面向对象的三大特征就是封装，继承，多态。

封装

封装的目的

1：封装数据：保护隐私
2：封装方法：隔离复杂度（只保留部分接口对外使用）

封装的方式

1：公有属性和方法

公有属性和方法可以被类的外部访问和使用，不需要添加任何特殊符号。

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2：私有属性和方法

以双下划线开头

封装属性: __attr
封装方法：__func

在Python中，可以使用_和__来定义属性的访问级别。

以_开头的属性被视为受保护的属性，即它们不应该在类外部被直接访问。但是，它们可以在类的子类和内部方法中被访问。

以__开头的属性被视为私有属性，即它们不应该在类的外部被访问。但是，它们也可以在类的内部方法中被访问。

这里要提一下，对于python中受保护的属性，python是不会对其做任何处理的，比如我们看下面这个例子：

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但是按照python中的规则来讲，我们不能在类外部访问类内受保护的属性或方法。

还是这个例子，我们如果在类外访问私有属性，会发生什么呢？

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我们看到，对于私有属性，如果我们要在类外进行访问的话，会抛出 AttributeError 的错误。

3：属性装饰器和方法装饰器

属性装饰器是一种特殊的函数，它可以被用来修改属性的访问方式。在Python中，我们可以使用@property 和 @属性名.setter装饰器来定义属性的访问器和修改器。

@property装饰器用于定义属性的访问器，它会将属性定义为一个只读属性。当外部代码试图修改这个属性时，会触发一个AttributeError异常。

@属性名.setter装饰器用于定义属性的修改器，它可以让外部代码修改这个属性的值。当外部代码试图读取这个属性时，会触发一个AttributeError异常。

方法装饰器

方法装饰器是用来装饰类的方法的，它的作用是在不改变原方法定义的情况下，为方法添加一些额外的功能，比如权限检查、缓存等。
常见的方法装饰器有静态装饰器 @staticmethod；类方法装饰器 @classmethod

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下面为大家详细介绍下私有属性和方法的封装方式，python中的装饰器会另起一篇文章介绍。

封装的实现

封装属性

#封装age属性
class Student:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.__age=age  #不希望age在类外部被使用
    # 使age可以在类内部被调用
    def show(self):
        print('我的名字:',self.name,'；我的年龄:',self.__age)
stu=Student('tom',10)
stu.show()
#我的名字: tom ；我的年龄: 10

# 在类外调用name  和 age
print('我的名字:',stu.name)
#我的名字: tom

print('我的年龄:',stu.age)  #出现报错AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

那应该如何调用这个封装的属性age呢，这里我们可以引入一个dir()查看实例对象可使用的方法属性：

print('实例对象stu可以使用的方法属性有:',dir(stu))   #包含  _Student__age
print('我的年龄是:',stu._Student__age)

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封装方法

和封装属性类似，在类内部需要封装的方法前面加上双下划线 “__”

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同样的，如果我们要调用封装后的方法，应该如何做：

class Student:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.__age=age  #不希望age在类外部被使用
    # 使age可以在类内部被调用
    def __show(self):
        print('我的名字:',self.name,'；我的年龄:',self.__age)
stu=Student('tom',10)
stu._Student__show()

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由此可见：
Python 的封装并不是真正意义上的外部无法调用，与java ，PHP等语言不同，Python若调用封装的属性或方法，需要在方法和属性前加_类名。

那么既然python中的属性和方法被封装后依然可以被调用，那么封装的意义又何在呢？

封装的目的是隐藏类的实现细节，只暴露必要的接口给外部使用。如果一个属性或方法被公开为可访问的，那么它将变得容易受到攻击和滥用。例如，如果一个类的__init__()方法可以接受任意数量的参数，那么任何人都可以构造恶意对象并调用该方法。
通过将属性或方法定义为私有，我们可以确保只有类内部的对象才能访问它们。这有助于保护类的实现细节，防止不必要的干扰和错误。此外，封装还有助于提高代码的可维护性和可重用性，因为它可以将类的实现细节隐藏起来，使代码更加清晰和易于理解。

父类与子类的封装

子类的封装属性以及方法不会覆盖父类的封装属性或方法

# 子类封装的方法或属性不会覆盖父类的方法或属性
class A:
    __name = 'A'   # 变形为_A__name
    def get_x(self):
        print('父类A:',self.__name)


class A1(A):       # A1 继承了 A 的方法和属性
    __name='我是父类A的子类A1'  #变形为_A1__name
    def __say(self):
        print('这是子类A1的实例方法')
# A1的实例对象
obj = A1()
# 调用父类A的实例方法
obj.get_x()   #父类: A

小结

通过以上的例子我们得出：

类的封装不是真正意义上的“私有化”，而是一个语法上的变形
类的封装属性或方式，其实在定义阶段就已经进行了语法上的变形
类的调用阶段，再进行封装语法已经没有任何用处了

继承

继承的含义

python中的继承机制经常用于创建和现有类功能类似的新类，又或是新类只需要在现有类基础上添加一些成员（属性和方法），但又不想直接将现有类代码复制给新类。也就是说，当我们需要进行类的重复使用时，就可以使用这种继承机制来实现。

继承的实现

Python 中，实现继承的类称为子类，被继承的类称为父类；

子类继承父类时，只需在定义子类时，将父类（可以是多个）放在子类之后的圆括号里即可：

class 类名(父类1, 父类2, ...)：
    #类定义部分

python中如果类没有指定继承某个类，那么就默认继承的是object类，我们看这个例子：

# 编写Person类，以及继承Person类的两个子类Student和Teacher
class Person(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def info(self):
        print('姓名:',self.name,'年龄:',self.age)
# Student类
class Student(Person):
    def __init__(self,name,age,stu_no):
        super().__init__(name,age)
        self.stu_no=stu_no
# Teacher 类
class Teacher(Person):
    def  __init__(self,name,age,teach_year):
        super().__init__(name,age)
        self.teach_year=teach_year
# 创建学生对象和教师对象
stu1=Student('小明',17,1001)
teacher1=Teacher('张丽',30,6)   
stu1.info()
teacher1.info()
'''
姓名: 小明 年龄: 17
姓名: 张丽 年龄: 30
'''

这个例子的继承关系并不复杂，定义一个Person类，没有指定继承某个类默认继承object类（object 类是 Python 中所有类的父类，即要么是直接父类，要么是间接父类）；然后定义Person类的两个子类：Student类和Teacher类，分别继承Person类。

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方法重写

如果子类对继承自父类的某个属性或方法不满意，可以在子类中对其（方法体）进行重新编写；子类重写后的方法中可以通过super().xxx() 调用父类中被重写的方法：

class Person(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def info(self):
        print('名字:',self.name,'年龄:',self.age)
class Student(Person):
    def __init__(self,name,age,stu_no):
        super().__init__(name,age)
        self.stu_no=stu_no
    #方法重写
    def info(self):
        super().info()  #调用父类的info()
        print('学号是：',self.stu_no)
class Teacher(Person):
    def __init__(self,name,age,teach_year):
        super().__init__(name,age)
        self.teach_year=teach_year
     #方法重写
    def info(self):
        super().info()#调用父类的info()
        print('教龄是：',self.teach_year)
stu1=Student('小华',17,1001)
teacher1=Teacher('赵丽',40,10)
stu1.info()
'''
名字: 小华 年龄: 17
学号是： 1001
'''
print('\n---------------教职工-------------\n')
teacher1.info()
'''
名字: 赵丽 年龄: 40
教龄是： 10
'''

如果一个类是空类，但是继承了含有方法和属性的类，那么这个类也同样含有父类的方法和属性：

class People:
    def __init__(self,name):
        self.name =name
    def say(self):
        print("People类",self.name)

class Animal:
    def __init__(self):
        self.name = Animal
    def say(self):
        print("Animal类",self.name)
#People类是Person父类中最近的父类，因此People中的name属性和say()方法会遮蔽 Animal 类中的
class Person(People, Animal):
    pass

zhangsan=Person('张三')
zhangsan.say()   # People类 张三

可以看到，当 Person 同时继承 People 类和 Animal 类时，People 类在前，因此如果 People 和 Animal 拥有同名的类方法，实际调用的是 People 类中的；由此也可以看出，python支持多继承。

object类

前面我们提到：object类是所有类的父类，因此所有类都有object类的属性和方法，这里我们再了解一下有关此类的一些方法。

1：内置函数 dir()可以查看指定对象所有的属性

2：object有一个__str__()方法，用于返回一个对于对象的描述，对应于内置函数str()经常用于print()方法，帮我们查看对象的信息所以我们经常会对__str__()进行重写。

内置函数dir()
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str()方法

# 定义方法再输出实例对象
class Student():
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    # 进行方法重写
    def __str__(self):
        return '名字是{},年龄是{}'.format(self.name,self.age)  #格式化字符串
stu=Student('luky',18)
print(stu,type(stu)) #默认调用__str__()方法，返回的类型就是该方法的内容
# 名字是luky,年龄是18 <class '__main__.Student'>

多态

python是一种动态语言，其最明显的特征就是在使用变量时，无需为其指定具体的数据类型。这会导致一种情况，即同一变量可能会被先后赋值不同的类对象。

class Animal:
    def say(self):
        print("赋值的是Animal类的实例对象")
class Plant:
    def say(self):
        print("赋值的是Plant类的实例对象")
a = Animal()
a.say()
# 赋值的是Animal类的实例对象

a = Plant()
a.say()
# 赋值的是Plant类的实例对象

在这个例子中我们看到a 可以被先后赋值为Animal类和Plant类的对象，但这并不是多态。类的多态特性，还要满足以下 2 个前提条件：

1：继承：多态一定是发生在子类和父类之间；

2：重写：子类重写了父类的方法。

但python作为一种动态语言不需要关心该类的继承关系，只需要关心该类中是否定义了某些属性方法，我们对上面的例子再进行编写：

class Animal:
    def say(self):
        print("调用的是 Animal 类的say方法")
class Plant(Animal):
    def say(self):
        print("调用的是 Plant 类的say方法")
class People(Animal):
    def say(self):
        print("调用的是 People类的say方法")
a = Animal()
a.say()
# 调用的是 Animal 类的say方法

a = Plant()
a.say()
# 调用的是 Plant 类的say方法

a = People()
a.say()
# 调用的是 People类的say方法

可以看到，Plant类和People都继承Animal类，且各自都重写了父类的 say() 方法。从运行结果可以看出，同一变量 a 在执行同一个 say() 方法时，由于 a 实际表示不同的类的实例对象，因此 a.say() 调用的并不是同一个类中的 say() 方法，这就是多态。

我们也可以在类外定义一个函数，通过不同类的实例对象对这一函数的调用，动态的决定调用哪个对象的方法：

class Flower:
    def color(self):
        print('花是五颜六色的')
class Rose(Flower):
    def color(self):
        print('玫瑰是红色的')
class Moli(Flower):
    def color(self):
        print('茉莉是白的的')
class Plant:
    def color(self):
        print('花属于植物')
# 定义一个函数
def fun(obj):
    obj.color()
# 调用函数
fun(Flower())  #花是五颜六色的
fun(Rose())   #玫瑰是红色的
fun(Moli())   #茉莉是白的的
print('-----------无任何继承关系的植物类-------\n')
fun(Plant()) #花属于植物     虽然植物类和其他定义了的类无继承关系，但是在该类中定义了color实例方法，因此会在调用时执行该方法

由此：

多态可以简单理解为：具有多种形态，它指的是即便不知道一个变量所引用的对象到底是什么类型，仍然可以通过这个变量调用方法；在运行过程中根据变量所引用的对象的类型，动态的决定调用哪个对象中的方法。

关于python

Python是一种高级编程语言，被广泛应用于各种不同的领域，包括软件开发、数据科学、网络编程和人工智能等。Python有许多特性，包括易于学习、语法简单、动态类型、面向对象的设计、模块化编程、可移植性和广泛的第三方库支持。

对于初学者

对于编程初学者来说，python的可读性较强，主要有以下几个方面：

1：python使用缩进来代表一个代码块，这样也会使代码层次更加鲜明，方便查阅；
2：python的语法较为简单，很多关键字见名知意

同时python拥有强大的第三方库支持，我们可以直接调用这些库，极大提高了我们的开发效率。

用到的工具

最常用的python编辑器就是pycharm

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大家可以自行去网上查找安装教程，这里我把我在安装过程中出现的一个路径问题提一下，希望可以提供些帮助：
如果我们在安装pycharm的过程中显示不出运行结果，那基本上就是python的解释器文件路径没有放到pycharm 编辑器中，解决方式如下：

首先找到python的解释器路径：
可以使用Windows命令行输入where python
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也可以直接在资源管理器上查找python.exe：

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然后将python.exe的路径复制下来，打开pycharm：

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最后将路径添加到pycharm的Base interpreter中，重启pycharm即可：

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如何去学

python虽然入门比较简单，但是和其他的编程语言一样，只有实践才能出真知。书本上的讲解比较晦涩，我们可以通过在网上找一些视频资源看(比如B站上的python教程，大家择优选择)，并且在看的同时一定一定要自己动手敲出来，无论学习什么语言都是需要自己亲自动手操作的，只有在操作时不断发现bug，然后利用身边的资源去解决bug，出现bug时我们可以将报错信息直接粘到浏览器，由于每个人的报错原因都不尽相同，因此我们要多尝试，多思考。再者，我们可以将我们的程序中报错的代码块直接放到GitHub上，去查询是否有相似的报错解决方式，又或者我们去询问chatgpt，是否有解决方法等等。方正就是——只要思想不滑坡，方法总比困难多！

另外就是多刷题，比如可以去牛客网找题刷，尽量尝试先思考，然后在编辑器上根据自己的思路去作答，如果运行失败，一定要自己亲手调试分析下，这个过程很重要，也是举一反三的关键。