Python 类与对象的详细用法
Python 是一种面向对象编程语言，其中 类 和 对象 是核心概念。通过使用类与对象，我们可以实现代码的高效复用、逻辑的清晰结构化以及功能模块化。本教程将详细介绍 Python 中类与对象的概念、使用方法及示例，帮助你更容易学习和理解。
一、什么是类和对象？
- 类：类是一个蓝图，用于定义对象的属性和行为。它定义了对象的结构和方法。
- 对象：对象是类的实例。类是抽象的，而对象是具体的。
举例：
class Car:
# 类是一个模板，描述车的属性和行为
pass
# 实例化类，生成对象
my_car = Car()二、定义类和创建对象
2.1 定义类
使用 class 关键字定义类。类通常包含以下部分：
- 属性（变量）：描述对象的特征。
- 方法（函数）：定义对象的行为。
class Dog:
# 初始化方法，定义属性
def __init__(self, name, breed):
self.name = name # 属性1
self.breed = breed # 属性2
# 定义方法
def bark(self):
print(f"{self.name} is barking!")2.2 创建对象
通过调用类名并传入参数来创建对象。
# 创建对象
dog1 = Dog("Buddy", "Golden Retriever")
dog2 = Dog("Max", "Beagle")
# 调用对象的方法
dog1.bark() # 输出：Buddy is barking!
dog2.bark() # 输出：Max is barking!三、类的详细用法
3.1 类的属性
类变量和实例变量
- 类变量：属于类，所有对象共享。
- 实例变量：属于实例，每个对象独有。
class Circle:
pi = 3.14 # 类变量
def __init__(self, radius):
self.radius = radius # 实例变量
# 访问类变量和实例变量
c1 = Circle(5)
c2 = Circle(10)
print(Circle.pi) # 3.14，访问类变量
print(c1.radius) # 5，访问实例变量
print(c2.radius) # 103.2 类的方法
普通方法
普通方法的第一个参数是 self，用于表示对象本身。
class Rectangle:
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def area(self):
return self.width * self.height
# 创建对象并调用方法
rect = Rectangle(5, 10)
print(rect.area()) # 50类方法
类方法使用 @classmethod 装饰器，第一个参数是 cls，表示类本身。
class MyClass:
count = 0
@classmethod
def increment_count(cls):
cls.count += 1
MyClass.increment_count()
print(MyClass.count) # 1静态方法
静态方法使用 @staticmethod 装饰器，不需要 self 或 cls 参数。
class Math:
@staticmethod
def add(x, y):
return x + y
print(Math.add(3, 5)) # 8四、继承与多态
4.1 继承
一个类可以继承另一个类，子类会获得父类的所有属性和方法。
class Animal:
def __init__(self, name):
self.name = name
def speak(self):
print(f"{self.name} makes a sound.")
class Cat(Animal):
def speak(self):
print(f"{self.name} meows.")
# 创建对象
animal = Animal("Generic Animal")
animal.speak() # Generic Animal makes a sound.
cat = Cat("Kitty")
cat.speak() # Kitty meows.4.2 多态
通过继承可以实现多态，即同一方法在不同对象上有不同的行为。
def animal_sound(animal):
animal.speak()
dog = Dog("Buddy", "Golden Retriever")
cat = Cat("Kitty")
animal_sound(dog) # Buddy is barking!
animal_sound(cat) # Kitty meows.五、特殊方法与操作符重载
5.1 特殊方法
特殊方法以双下划线开头和结尾（如 __init__、__str__）。
class Book:
def __init__(self, title, author):
self.title = title
self.author = author
def __str__(self):
return f"'{self.title}' by {self.author}"
book = Book("1984", "George Orwell")
print(book) # '1984' by George Orwell5.2 操作符重载
可以重载操作符以支持自定义的对象运算。
class Vector:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def __add__(self, other):
return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
def __str__(self):
return f"Vector({self.x}, {self.y})"
v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
print(v1 + v2) # Vector(4, 6)六、类的封装、继承与多态示意图
以下示意图展示了类的三大特性：
- 封装：通过访问控制隐藏类内部实现。
- 继承：子类可以复用父类代码。
- 多态：同一方法在不同对象上的行为不同。
Animal (父类)
└── Dog (子类)
├── 属性：name, breed
├── 方法：bark()七、完整案例：银行账户管理系统
class BankAccount:
def __init__(self, owner, balance=0):
self.owner = owner
self.balance = balance
def deposit(self, amount):
self.balance += amount
print(f"Deposited ${amount}. New balance: ${self.balance}")
def withdraw(self, amount):
if amount > self.balance:
print("Insufficient funds.")
else:
self.balance -= amount
print(f"Withdrew ${amount}. New balance: ${self.balance}")
# 创建账户并操作
account = BankAccount("Alice", 1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(300)
account.withdraw(1500)八、总结
通过本文的学习，我们掌握了 Python 中类与对象的以下知识点：
- 定义类和创建对象。
- 使用类变量、实例变量和方法。
- 实现继承与多态。
- 特殊方法和操作符重载的使用。
理解类与对象的概念和用法将大大提高代码复用性和可维护性。祝你学习愉快！