Day 15：【99天精通Python】面向对象编程(OOP)中篇

Day 15：【99天精通Python】面向对象编程(OOP)中篇 - 封装、继承与多态

前言

欢迎来到第15天！

在昨天的课程中，我们学会了如何定义类和创建对象。但这只是 OOP 的冰山一角。面向对象编程之所以强大，归功于它的三大核心特性：封装 (Encapsulation)、继承 (Inheritance)和多态 (Polymorphism)。

这三个词听起来很高大上，但实际上它们是为了解决我们在编程中遇到的实际问题：

封装：为了保护数据，不让别人随意修改。
继承：为了偷懒（复用代码），爸爸有的儿子不用再写一遍。
多态：为了灵活，同一个指令让不同的对象做不同的事。

本节内容：

私有属性与封装
继承的基本语法
方法重写 (Overriding)
super()函数
多态与鸭子类型
实战练习

一、封装 (Encapsulation)：保护你的数据

1.1 公有 vs 私有

默认情况下，Python 类中的属性都是公有 (Public)的，在类的外部可以随意访问和修改。这有时候很不安全。

classAccount:def__init__(self,balance):self.balance=balance acc=Account(100)acc.balance=-999999# 外部可以直接修改，这太危险了！

为了保护数据，我们可以将属性定义为私有 (Private)。在 Python 中，只需要在属性名前加两个下划线__。

1.2 私有属性的使用

classAccount:def__init__(self,balance):self.__balance=balance# 私有属性defget_balance(self):"""提供公开的方法获取余额"""returnself.__balancedefdeposit(self,amount):"""提供公开的方法修改余额，可以在这里加逻辑判断"""ifamount>0:self.__balance+=amountelse:print("金额无效")acc=Account(1000)# print(acc.__balance) # 报错！外部无法访问print(acc.get_balance())# 1000 (通过方法访问)acc.deposit(500)

原理：Python 实际上是将__balance改名为了_Account__balance（名称改写），虽然硬要访问也能访问，但君子协定我们要遵守规则。

二、继承 (Inheritance)：子承父业

2.1 为什么要继承？

假设我们要写Cat和Dog两个类，它们都有name属性，都会eat。如果分别写两个类，代码就重复了。
我们可以提取一个父类Animal，让Cat和Dog去继承它。

2.2 定义继承

# 父类 (基类)classAnimal:def__init__(self,name):self.name=namedefeat(self):print(f"{self.name}正在吃饭...")defsleep(self):print(f"{self.name}正在睡觉...")# 子类 (派生类) 继承 AnimalclassDog(Animal):defbark(self):print("汪汪汪！")classCat(Animal):defmeow(self):print("喵喵喵！")# 测试dog=Dog("旺财")dog.eat()# 继承自父类的方法 -> 旺财 正在吃饭...dog.bark()# 子类独有的方法 -> 汪汪汪！

2.3 方法重写 (Overriding)

如果子类对父类的方法不满意，可以重新定义它。

classBird(Animal):defeat(self):print(f"{self.name}正在啄米吃...")# 重写父类的 eatbird=Bird("波利")bird.eat()# 波利 正在啄米吃...

2.4 super() 函数

在子类中，如果想调用父类的方法（特别是在__init__中），需要用到super()。

classDog(Animal):def__init__(self,name,breed):# 调用父类的 __init__ 初始化 namesuper().__init__(name)# 再初始化子类独有的 breedself.breed=breed d=Dog("来福","哈士奇")print(f"{d.name}是{d.breed}")

三、多态 (Polymorphism)：一种接口，多种形态

3.1 什么是多态？

多态是指：不同的子类对象调用相同的父类方法，产生不同的执行结果。

classAnimal:defspeak(self):passclassDog(Animal):defspeak(self):print("汪汪！")classCat(Animal):defspeak(self):print("喵喵！")defmake_noise(animal_obj):"""这个函数接收任何 Animal 对象"""animal_obj.speak()d=Dog("A")c=Cat("B")make_noise(d)# 汪汪！make_noise(c)# 喵喵！

3.2 鸭子类型 (Duck Typing)

Python 是一种动态语言，它并不严格要求继承体系。
“如果它走起来像鸭子，叫起来像鸭子，那它就是鸭子。”

哪怕一个类没有继承Animal，只要它也有speak()方法，上面的make_noise函数照样能处理它。

classCar:defspeak(self):print("滴滴！")car=Car()make_noise(car)# 滴滴！ (Python 不检查类型，只检查有没有这个方法)

四、实战练习

练习1：工资管理系统 (继承与多态)

定义父类Employee，属性name，方法get_pay()。
定义子类FullTimeEmployee，属性salary(月薪)，重写get_pay()返回月薪。
定义子类PartTimeEmployee，属性hours,rate(时薪)，重写get_pay()返回hours * rate。
编写一个函数计算公司所有员工的总工资。

classEmployee:def__init__(self,name):self.name=namedefget_pay(self):return0classFullTimeEmployee(Employee):def__init__(self,name,salary):super().__init__(name)self.salary=salarydefget_pay(self):returnself.salaryclassPartTimeEmployee(Employee):def__init__(self,name,hours,rate):super().__init__(name)self.hours=hours self.rate=ratedefget_pay(self):returnself.hours*self.rate# 统计总支出staffs=[FullTimeEmployee("Alice",6000),FullTimeEmployee("Bob",8000),PartTimeEmployee("Charlie",50,20)# 50小时 * 20元 = 1000]total_pay=sum(emp.get_pay()forempinstaffs)print(f"公司本月总工资支出:{total_pay}")# 15000

五、OOP 类图结构

我们可以用 Mermaid 来直观地展示继承关系。

六、常见问题

Q1：私有方法怎么定义？

和属性一样，方法名前加双下划线。例如def __secret_method(self):，只能在类内部被self.__secret_method()调用。

Q2：Python 支持多继承吗？

支持。class C(A, B):表示 C 同时继承 A 和 B。但这会带来复杂性（如菱形继承问题），初学者建议先掌握单继承。

Q3：`isinstance`是什么？

用来判断对象是否属于某个类。

d=Dog("A")print(isinstance(d,Dog))# Trueprint(isinstance(d,Animal))# True (因为Dog继承Animal)print(isinstance(d,Cat))# False

七、小结

关键要点：

封装：用__隐藏内部细节，提供安全接口。
继承：子类自动拥有父类的功能，super()是连接父子的桥梁。
多态：让代码更灵活，关注点从"是什么类型"转变为"能做什么"。

八、课后作业

图形计算器：
- 定义父类Shape，有一个方法area()返回 0。
- 定义子类Circle(属性半径) 和Square(属性边长)。
- 分别重写area()方法。
- 创建一个列表包含不同的图形，遍历打印它们的面积。
游戏角色：
- 定义Hero类，包含hp(血量) 和attack()方法。
- 定义Mage(法师) 和Warrior(战士) 继承Hero。
- 法师攻击时打印"释放火球"，战士攻击时打印"挥舞大剑"。
- 尝试给法师增加一个mp(魔法值) 属性，并在攻击时消耗魔法。