8.1 OOP基础概念

8.1.1 面向对象三大特性

8.1.2 类与对象关系

核心概念：

• 类(Class)：对象的蓝图/模板
• 对象(Object)：类的具体实例
• 属性(Attribute)：对象的状态/数据
• 方法(Method)：对象的行为/功能

类比说明：

类 → 饼干模具
对象 → 用模具制作的饼干
属性 → 饼干的形状、颜色
方法 → 饼干可以被吃掉、装饰

8.2 类定义与使用

8.2.1 基本类定义

语法结构：

class ClassName:
    """类文档字符串"""
    
    class_attribute = value  # 类属性
    
    def __init__(self, params):
        """构造方法"""
        self.instance_attr = params  # 实例属性
        
    def method(self):
        """实例方法"""
        # 方法体

8.2.2 案例

class BankAccount:
    """银行账户类"""
    
    interest_rate = 0.03  # 类属性(所有账户共享)
    
    def __init__(self, owner, balance=0):
        """初始化账户"""
        self.owner = owner  # 实例属性
        self.balance = balance
    
    def deposit(self, amount):
        """存款"""
        self.balance += amount
        return self.balance
    
    def withdraw(self, amount):
        """取款"""
        if amount > self.balance:
            raise ValueError("余额不足")
        self.balance -= amount
        return self.balance

# 使用示例
account = BankAccount("Alice", 1000)
account.deposit(500)
print(f"{account.owner}的余额: {account.balance}")

8.3 继承与多态

8.3.1 继承实现

基本语法：

class ChildClass(ParentClass):
    # 子类特有属性和方法
    pass

继承示例：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}说: 汪汪!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}说: 喵喵~"

# 多态演示
animals = [Dog("阿黄"), Cat("小花")]
for animal in animals:
    print(animal.speak())

8.3.2 方法重写

class SmartAccount(BankAccount):
    """智能账户(继承自BankAccount)"""
    
    def withdraw(self, amount):
        """重写取款方法，增加短信通知"""
        result = super().withdraw(amount)  # 调用父类方法
        print(f"短信通知: 取出{amount}元，余额{result}元")
        return result

8.4 特殊方法与运算符重载

8.4.1 常用特殊方法

表8-1 Python常用魔术方法

8.4.2 运算符重载示例

class Vector:
    """二维向量类"""
    
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    def __add__(self, other):
        """向量加法"""
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
    
    def __mul__(self, scalar):
        """向量数乘"""
        return Vector(self.x * scalar, self.y * scalar)
    
    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

# 使用示例
v1 = Vector(2, 3)
v2 = Vector(1, 4)
print(v1 + v2)  # Vector(3, 7)
print(v1 * 3)   # Vector(6, 9)

8.5 属性控制

8.5.1 属性装饰器

class Temperature:
    def __init__(self, celsius):
        self._celsius = celsius  # 内部存储
    
    @property
    def celsius(self):
        """摄氏温度属性"""
        return self._celsius
    
    @celsius.setter
    def celsius(self, value):
        if value < -273.15:
            raise ValueError("温度不能低于绝对零度")
        self._celsius = value
    
    @property
    def fahrenheit(self):
        """只读的华氏温度属性"""
        return self._celsius * 9/5 + 32

# 使用示例
temp = Temperature(25)
print(temp.fahrenheit)  # 77.0
temp.celsius = 30      # 调用setter方法

8.5.2 描述符协议

class PositiveNumber:
    """正数描述符"""
    def __set_name__(self, owner, name):
        self.name = name
    
    def __get__(self, obj, objtype):
        return obj.__dict__.get(self.name, 0)
    
    def __set__(self, obj, value):
        if value <= 0:
            raise ValueError("必须为正数")
        obj.__dict__[self.name] = value

class Circle:
    radius = PositiveNumber()  # 描述符实例
    
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius  # 调用描述符__set__

# 使用示例
c = Circle(5)
print(c.radius)  # 5
c.radius = 10    # 正常
c.radius = -1    # ValueError

8.6 类高级特性

8.6.1 类方法与静态方法

class Date:
    def __init__(self, year, month, day):
        self.year = year
        self.month = month
        self.day = day
    
    @classmethod
    def from_string(cls, date_str):
        """类方法作为替代构造函数"""
        year, month, day = map(int, date_str.split('-'))
        return cls(year, month, day)
    
    @staticmethod
    def is_valid(date_str):
        """静态方法-与类相关但不依赖实例"""
        try:
            year, month, day = map(int, date_str.split('-'))
            return month <= 12 and day <= 31
        except:
            return False

# 使用示例
date = Date.from_string("2023-07-20")
print(Date.is_valid("2023-02-30"))  # False

8.6.2 抽象基类

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    """形状抽象基类"""
    
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Circle(Shape):
    """实现抽象方法"""
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2
    
    def perimeter(self):
        return 2 * 3.14 * self.radius

# 不能实例化抽象类
# shape = Shape()  # 报错
circle = Circle(5)  # 正常

8.7 综合应用举例

案例1：电商商品系统

class Product:
    """商品基类"""
    def __init__(self, name, price, stock):
        self.name = name
        self.price = price
        self.stock = stock
    
    def apply_discount(self, percent):
        """应用折扣"""
        self.price *= (1 - percent/100)
    
    def __str__(self):
        return f"{self.name} - yen{self.price:.2f} (库存: {self.stock})"

class DigitalProduct(Product):
    """数码商品"""
    def __init__(self, name, price, stock, license_key):
        super().__init__(name, price, stock)
        self.license_key = license_key
    
    def activate(self, user):
        """激活许可证"""
        print(f"{user} 已激活产品 {self.name}, 许可证: {self.license_key}")

class ShoppingCart:
    """购物车类"""
    def __init__(self):
        self.items = []
    
    def add_item(self, product, quantity=1):
        """添加商品"""
        if quantity > product.stock:
            raise ValueError("库存不足")
        self.items.append((product, quantity))
    
    def total(self):
        """计算总价"""
        return sum(p.price * q for p, q in self.items)
    
    def checkout(self):
        """结算"""
        total = self.total()
        print(f"结算完成，总计: yen{total:.2f}")
        for product, quantity in self.items:
            product.stock -= quantity
        self.items = []

# 使用示例
iphone = DigitalProduct("iPhone 14", 6999, 10, "XYZ-123-ABC")
book = Product("Python编程", 99, 50)

cart = ShoppingCart()
cart.add_item(iphone)
cart.add_item(book, 2)
cart.checkout()

print(iphone.stock)  # 9

案例2：游戏角色系统

class Character:
    """游戏角色基类"""
    def __init__(self, name, health, attack):
        self.name = name
        self.health = health
        self.attack = attack
        self.skills = []
    
    def take_damage(self, damage):
        """受到伤害"""
        self.health = max(0, self.health - damage)
        print(f"{self.name}受到{damage}点伤害，剩余生命: {self.health}")
        return self.health <= 0
    
    def use_skill(self, skill, target):
        """使用技能"""
        if skill not in self.skills:
            print(f"技能{skill}不存在")
            return False
        
        damage = self.attack + skill.damage
        print(f"{self.name}对{target.name}使用{skill.name}!")
        return target.take_damage(damage)

class Skill:
    """技能类"""
    def __init__(self, name, damage, cost):
        self.name = name
        self.damage = damage
        self.cost = cost
    
    def __str__(self):
        return f"{self.name}(伤害:{self.damage}, 消耗:{self.cost})"

class Warrior(Character):
    """战士职业"""
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name, health=150, attack=20)
        self.skills = [
            Skill("重击", 15, 10),
            Skill("旋风斩", 30, 25)
        ]

class Mage(Character):
    """法师职业"""
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name, health=100, attack=30)
        self.skills = [
            Skill("火球术", 40, 20),
            Skill("冰冻术", 25, 15)
        ]

# 战斗演示
hero = Warrior("英雄")
enemy = Mage("邪恶法师")

print(f"战斗开始: {hero.name} vs {enemy.name}")
hero.use_skill(hero.skills[1], enemy)  # 旋风斩
enemy.use_skill(enemy.skills[0], hero) # 火球术

8.8 学习路线图

8.9 学习总结

1. 核心要点：
2. 理解类与对象的关系
3. 掌握继承与多态的实现
4. 熟练使用特殊方法
5. 理解属性访问控制机制
6. 实践建议：
7. 遵循单一职责原则设计类
8. 优先使用组合而非继承
9. 合理使用属性装饰器
10. 为重要方法添加类型注解
11. 进阶方向：
12. 元类编程
13. 对象序列化
14. 多继承与MRO
15. 设计模式应用
16. 常见陷阱：
17. 混淆类属性与实例属性
18. 错误的重写方法签名
19. 浅拷贝导致的共享状态
20. 过度使用继承导致紧耦合

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