### 第9章.pptx —— Python基础学习PPT
#### 学习目标
- 理解面向对象的基本概念。
- 掌握面向对象的三大特性：封装、继承和多态。
- 了解如何自定义异常类。
#### 9.1 面向对象概述
##### 9.1.1 面向对象的基本概念
面向对象编程(Object-Oriented Programming, OOP)是一种软件开发范式，它基于“对象”这一概念来构建程序。对象通常包含两部分：数据（即属性）和作用于这些数据的行为（即方法）。OOP 的核心优势在于它的三个主要特性：封装、继承和多态。
**面向过程 vs 面向对象**
- **面向过程**：这是一种传统的编程方式，强调按照顺序执行一系列任务。例如，在处理文件时，先打开文件，然后读取文件内容，最后关闭文件。这种方式适用于简单的问题，但对于复杂问题则显得力不从心。
- **面向对象**：与之相比，面向对象编程则更加强调“对象”这一概念。每个对象都有自己的状态和行为，并且对象之间可以通过消息传递相互协作。这种方式更加灵活，易于维护和扩展。
##### 9.1.2 面向对象的三大特性
**封装**
封装是面向对象程序设计的核心思想之一，其目的是隐藏对象的具体实现细节，只暴露必要的接口。通过封装，我们可以保护对象的内部状态不被外部随意修改，同时也能提供一组定义良好的接口供外部使用。Python 中，我们通常通过在变量名前加两个下划线`__`来实现一定程度的封装，这被称为“名称篡改”。
**继承**
继承允许我们创建一个新的类（子类），该类继承了现有类（父类或基类）的所有属性和方法。子类不仅可以继承父类的属性和方法，还可以定义自己的新属性和方法。这种方式极大地提高了代码的复用性和模块化程度。
**多态**
多态是指同一个接口在不同类中表现出不同的行为。这意味着一个方法名可以有多种实现方式，取决于它的调用者是谁。多态使得程序更加灵活，可以更容易地扩展和修改。
#### 9.2 封装
##### 9.2.1 封装的概念
在Python中，可以通过在变量或方法前添加双下划线`__`来实现一定程度的封装，这表示该变量或方法是私有的，不应被类的外部代码直接访问。然而，Python的私有属性并非完全私有，它们可以通过特定的方式访问，例如通过`_类名__属性名`的形式。这种方式虽然可行，但不推荐使用，因为它破坏了封装的原则。
##### 9.2.2 `@property`的使用
Python 提供了一个强大的装饰器`@property`，它允许我们更优雅地控制类的属性访问。使用`@property`装饰器后，可以将一个方法当作属性来使用，而无需调用括号。此外，还可以通过定义`@属性名.setter`和`@属性名.deleter`来控制该属性的赋值和删除操作。
**示例代码**：
```python
class Score:
def __init__(self, data):
self.__data = data # 定义私有属性__data
@property # 使用@property将属性变为只读的
def data(self):
return f"私有属性的值为{self.__data}"
s1 = Score(60)
print(s1.data) # 访问属性
```
上述代码中，`data`属性通过`@property`装饰器设置为只读。如果想要修改`data`的值，可以定义一个`@data.setter`方法。
#### 9.3 继承
继承允许子类继承父类的属性和方法。Python 支持单继承和多继承。子类可以通过`super()`函数调用父类的方法，以便实现代码的复用。
**示例代码**：
```python
class Person:
def __init__(self, name):
self.name = name
def say_hello(self):
print(f"Hello, my name is {self.name}.")
class Student(Person):
def __init__(self, name, school):
super().__init__(name)
self.school = school
def say_hello(self):
super().say_hello()
print(f"I study at {self.school}.")
# 创建一个Student实例
s1 = Student("Alice", "Python University")
s1.say_hello()
```
#### 9.4 多态
多态是指同一个接口在不同的类中表现出不同的行为。Python 中实现多态非常简单，因为它是动态类型语言。我们可以定义一个通用的接口，然后由具体的子类来实现。
**示例代码**：
```python
class Animal:
def speak(self):
pass
class Dog(Animal):
def speak(self):
return "Woof!"
class Cat(Animal):
def speak(self):
return "Meow!"
def animal_sound(animal):
return animal.speak()
# 创建实例
dog = Dog()
cat = Cat()
print(animal_sound(dog)) # 输出: Woof!
print(animal_sound(cat)) # 输出: Meow!
```
#### 实战案例：模拟薪资结算
面向对象的设计可以帮助我们更好地组织和管理代码。例如，我们可以定义一个`Employee`类来表示员工，并实现薪资计算逻辑。
**示例代码**：
```python
class Employee:
def __init__(self, name, hourly_rate):
self.name = name
self.hourly_rate = hourly_rate
def calculate_salary(self, hours_worked):
return hours_worked * self.hourly_rate
# 创建员工实例
employee = Employee("John Doe", 20)
salary = employee.calculate_salary(40)
print(f"{employee.name}'s salary: ${salary}")
```
#### 自定义异常类
在Python中，可以通过继承`Exception`类来自定义异常。自定义异常可以更精确地处理错误情况，使代码更具可读性和可维护性。
**示例代码**：
```python
class CustomError(Exception):
def __init__(self, message):
self.message = message
def __str__(self):
return self.message
def divide(a, b):
if b == 0:
raise CustomError("Division by zero is not allowed.")
return a / b
try:
result = divide(10, 0)
except CustomError as e:
print(e)
```
通过本章的学习，我们不仅掌握了面向对象编程的基本概念，还深入了解了封装、继承和多态这三个重要特性，以及如何利用这些特性来编写高效、可维护的代码。此外，我们还学习了如何自定义异常类，以便更精细地处理程序中的错误情况。
