第7章 Python类型、类、协议 第7.1节 面向对象程序设计的相关知识

Python被视为一种面向对象的语言，在介绍Python类相关的内容前，本节对面向对象程序设计相关的概念进行简单介绍。

一、    类和对象（实例）

在面向对象的程序设计（OOP）过程中有两个重要概念：类（class）和对象（object，也被称为实例，instance），其中类是某一批对象的抽象，是抽象的模板。类是由其属性以及支持的方法定义的，类的所有实例都有该类的所有属性和方法，每个对象都属于特定的类，是一个具体存在的实体，是根据类创建出来的一个个具体的“实例”。

类、类型在Python3中是同义词。从很多方面来说，这正是类的定义——一种对象。每个对象都属于特定的类，并被称为该类的实例。在Python中，类名约定使用单数并将首字母大写，如Student和Person。

对象由属性（数据）和方法组成，属性是属于对象的变量，而方法是存储在属性中的函数。每一个对象都从类中继承有相同的方法，但各自的数据可能不同。对象的状态由其属性（如名称）描述，对象的方法可能修改这些属性，因此对象将一系列函数（方法）组合起来，并赋予它们访问一些变量（属性）的权限，而属性可用于在两次方法调用之间存储状态。

二、    子类和超类

一个类的对象（如猪、牛、羊）为另一个类（如家畜）的对象的子集时，前者就是后者的子类，后者是前者的超类（也称为父类、基类）。要定义子类，只需定义多出来的方法和属性，还可能重写一些超类的方法。因此从功能上来说，父类的属性和方法是子类的功能和方法的子集。子类的所有实例都有超类的所有属性和方法。子类比超类会多出特有的属性或方法，或可能重写一些超类的方法。

对于子类和超类，在C++中调用时有两种类型的强制类型转换：

1.    向上类型转换（upcast）：将子类型引用转换成父类型引用。

2.    向下类型转换（downcast）：将父类型引用转换成子类型引用。对于向下类型转换，必须要显示指定。向下类型转换的原则：父类型引用指向谁才能转换成谁。

而在Python中，则无需关注这种转换，Python编译时不执行类型检查，执行时也不建议使用代码进行类型检查，只关注对象是否有对应方法。

三、    面向对象的特征

Python是一门面对对象编程的语言，面向对象程序设计有三大特征：封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）、多态（Polymorphism）。

1.    封装：对象可能隐藏其内部状态，对外部隐藏有关对象工作原理的细节，使用者无需知道对象的构造就能使用它。

1)    在有些语言如C++中，这意味着对象的状态（属性）只能通过其方法来访问；

2)    封装就是对对象的部分或全部内部数据进行隔离，隐藏数据特征。这是因为对象中的数据（属性）可能有特殊的操作方法，如果通过外部直接访问数据可能导致异常和错误；

3)    在Python中，所有的属性都是公有的，都可以通过外部访问，但直接访问对象的状态时程序员应谨慎行事，因为这可能导致状态不一致，为此Python没有提供对象强制的访问类型限制，但通过命名规则（前导双下划线）可以隐式地定义无法直接访问的内部属性。具体内容请见后面章节。

2.    继承：继承，一个类可以是一个或多个类的子类，在子类没有重写超类（也称父类、基类，下同）方法的情况下，子类可以使用超类(父类)的方法。继承可以让子类获得超类的全部功能，超类实现过的方法，子类不需要重新定义就能自动拥有。

1)    并不是所有语言都支持指定继承多个超类，Python支持继承多个超类；

2)    可以为子类增加新的方法，这些新方法父类不会掌握。如果子类新定义的方法与父类的方法相同，则子类的方法覆盖父类的方法。在程序运行时总是会调用子类的方法而不是父类的方法。

3)    Python对多个超类的使用并不推荐，因为多个超类的情况下，如果某个方法在多个超类中出现，系统可能出现异常。

3.    多态：多态指的是无需知道对象属于哪个类就可调用其方法，对不同类型的对象执行相同的操作。

1)    多态有2种形态

i.    一种是一个超类的多个子类，不同子类中有同样名称的方法，相关方法可能是继承超类的，也可能是子类重写了的，但在调用该方法时，无需知道具体子类的类型。当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有此方法，如果没有则编译错误，如果有则再去调用子类重写（Override）【如果重写的话】的此方法，没有重写的话，还是调用从父类继承过来的方法。

ii.    另一种是不同类型都有某些相同的方法，不论该方法是否继承超类、是否方法来自相同的超类、无需关注对应对象是什么类型，只需该对象有对应方法就可以使用。这就是Python支持的“鸭子类型”，关于“鸭子类型”在后面章节专门介绍。

iii.    传统意义的多态主要是指第一种类型的多态，不含第二种类型的多态，所以有人说Python不支持多态，但Python是一种多态语言。

2)    多态是一种运行时行为，不是编译期行为！在编译期间它只知道是一个引用，只有到了执行期，引用才知道指向的是谁。这就是所谓的“软绑定”。

本节介绍了面向对象程序设计相关的基本概念，有关内容涉及面较广，如果大家不好理解，建议自己多找点资料看看。

老猿Python（https://blog.csdn.net/LaoYuanPython）系列文章用于逐步介绍老猿学习Python后总结的学习经验，这些经验有助于没有接触过Python的程序员可以很容易地进入Python的世界。

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