Python程序设计 课件 单元6 面向对象程序设计

单元6面向对象程序设计-实现数据封装与多态特性目录类的定义与使用数据成员与成员方法继承特殊方法内容概述本单元将学习面向对象程序设计（OOP），通过将数据和操作封装在对象中，使程序更具结构性和可维护性。从类和对象的基本概念出发，逐步深入理解数据成员和成员方法的定义与使用，并探索继承和特殊方法等高级主题。学习要点（1）掌握类与对象的定义及实例化，理解构造方法__init__和self

的作用，规范命名并初始化对象属性。（2）区分数据成员的公有与私有属性，熟练使用实例方法、类方法（@classmethod）与静态方法（@staticmethod），实现数据封装与行为管理。（3）运用继承机制实现代码复用，通过方法重写和super()函数扩展子类功能，理解多继承的潜在问题与解决思路。（4）掌握特殊方法（如__str__和__repr__）的应用，定制对象的字符串表示，提升调试与用户交互的友好性。（5）通过学生管理系统案例，实践类与继承的综合应用，在代码中融入诚信、爱国与自强的思政元素，培养技术能力与价值观的统一。6.1类的定义与使用6.1.1类的基本概念6.1.2定义类6.1.3实例化对象6.1类的定义与使用类作为面向对象编程的基石，通过定义属性和方法为对象提供统一模板。理解类的核心概念后，还需掌握其语法结构、构造方法及实例化过程，从而将抽象设计转化为具体功能。本节将逐步解析类的定义与使用，帮助读者构建系统化的面向对象编程思维。6.1类的定义与使用6.1.1类的基本概念在面向对象编程（OOP）中，类（Class）是创建对象的模板。类定义了一组对象共有的属性和方法。属性（Attributes）：也称为数据成员（DataMembers），是类中的变量，用于存储对象的状态或数据。例如，学生类中的姓名和年龄。方法（Methods）：是类中的函数，用于定义对象的行为。例如，学生类中的注册和显示信息。通过定义类，可以创建多个具有相同属性和行为的对象。每个对象都是类的一个实例，具有独立的属性值。6.1类的定义与使用6.1.1类的基本概念6.1.2类的定义6.1.3实例化对象6.1.1类的基本概念6.1.2类的定义6.1.3实例化对象6.1类的定义与使用6.1.2类的定义类的定义是面向对象编程的核心步骤，它为我们提供了一个模板，用于描述对象的属性和行为。通过定义类，我们可以将现实世界中的事物抽象为代码中的对象，从而更方便地模拟和操作这些事物。通过定义类，可以创建一个模板，用于生成具有相同属性和行为的对象。6.1类的定义与使用6.1.2类的定义1语法：class

ClassName:

#类体class：定义类的关键字。ClassName：类名，类名建议使用驼峰命名法，如果一个类名由多个单词构成，每个单词的首字母大写；即使类名是一个单词，首字母也要大写，例如Student、Employee。类体：包含类的属性和方法，缩进表示属于类的内容。示例：#定义一个空类class

Student:

passpass关键字表示一个空类，占位符，通常用于类的初步设计阶段。6.1类的定义与使用6.1.2类的定义2．构造方法：__init__()在Python中，__init__()是一种特殊的方法，被称为构造方法（constructor）。构造方法（constructor）的主要作用是在创建类的实例时被自动调用，用于对对象的属性进行初始化，从而确保每个实例在创建时都拥有独立且完整的状态。通过构造方法，程序可以根据传入的参数灵活地为对象赋初始值，使实例化过程更加自动化和规范化。这种机制不仅保证了对象在使用前已经被正确设置，还提高了代码的可读性和可维护性，同时增强了类的灵活性。6.1类的定义与使用6.1.2类的定义2．构造方法：__init__()通过上述代码可以看出，__init__()方法的第一个参数始终是

self，用于引用实例对象本身，而后续参数则根据需要定义，用于为对象的属性赋值。每次实例化类时，__init__()方法都会被自动调用，从而简化了对象属性的初始化过程。示例：class

Person:

def

__init__(self,name,age,city):"""

构造方法，用于初始化Person对象的属性。参数：

name(str):姓名。

age(int):年龄。

city(str):所在城市。

"""=name #初始化姓名

self.age=age #初始化年龄

self.city=city #初始化城市#创建对象时，__init__()方法会被自动调用person1=Person("Alice",25,"NewYork")#输出对象的属性print(f"姓名：{}")print(f"年龄：{person1.age}")print(f"城市：{person1.city}")6.1类的定义与使用6.1.2类的定义3．self的作用在Python的面向对象编程中，self

是一个非常重要的概念。它出现在类的方法定义中，作为第一个参数。（1）实例引用self是对当前实例对象的引用。它用于访问实例属性和方法。例如，通过

可以访问当前实例的name属性。（2）作为类的方法第一个参数在类的方法定义中，self必须作为第一个参数。这是Python的约定，虽然名字可以更改，但使用self是最佳选项。6.1类的定义与使用6.1.2类的定义[例6-1]定义一个学生类class

Student:def__init__(self,student_id,name,student_number,class_name,gender,birthdate):self.id=student_id=nameself.student_number=student_numberself.class_name=class_nameself.gender=genderself.birthdate=birthdate

def

display_info(self):print(f"ID:{self.id},姓名:{},学号:{self.student_number},班级:{self.class_name},性别:{self.gender},出生日期:{self.birthdate}“)小结：通过定义类、使用构造方法和理解self

的作用，Python的面向对象编程提供了一种高效且直观的方式来组织代码。类的定义为对象提供了统一的模板，构造方法则确保了对象在创建时被正确初始化，而self则使得每个实例对象能够独立管理自己的属性和方法。6.1类的定义与使用6.1.2类的定义Thankyou6.1类的定义与使用6.1.1类的基本概念6.1.2类的定义6.1.3实例化对象6.1.1类的基本概念6.1.2类的定义6.1.3实例化对象6.1类的定义与使用6.1.3实例化对象类定义好后，就可以创建和实例化对象，对象是将类的定义转换为实际可用实例的过程。1．实例化对象实例化对象时，系统自动调用类的构造函数来实例化对象，并传入所需的参数。示例：#实例化第一个学生对象student1=Student(1,"张三","S12345","ClassA","男","2000-01-01")#实例化第二个学生对象student2=Student(2,"李四","S12346","ClassB","女","1999-05-15")每次实例化都会生成一个独立的对象，拥有各自的属性和状态。6.1类的定义与使用6.1.3实例化对象2．调用对象的方法调用对象的方法是对象与类交互的核心体现。在面向对象编程中，通过调用对象的方法，可以直接操作对象的属性或完成特定的任务。示例：#调用第一个学生对象的display_info方法student1.display_info()#调用第二个学生对象的display_info方法student2.display_info()调用display_info方法能够输出每个学生对象的具体信息，这不仅反映了方法与对象属性的紧密关联，还展示了面向对象编程中数据和行为封装的优势。6.1类的定义与使用6.1.3实例化对象3．修改对象的属性在对象实例化后，可以直接通过对象的属性名来访问和修改属性的值。示例：#修改第一个学生的姓名="张三三"print(f"修改后的姓名:{}")#修改第二个学生的班级student2.class_name="ClassC"print(f"修改后的班级:{student2.class_name}")在示例中，通过修改对象的属性，可以动态更新对象的状态，使其反映最新需求。6.1类的定义与使用6.1.3实例化对象[例6-2]定义一个学生类、实例化学生对象和访问对象的属性和方法面向对象编程的核心在于类与对象的结合。类提供了对象的结构和行为定义，而对象通过实例化将类的抽象概念转化为具体实例。实例化对象时，构造方法为对象赋予初始状态，不同对象共享类的定义但保持数据独立性。通过调用对象的方法，可以操作对象属性或完成特定任务，体现了数据与行为的封装性。而修改对象属性则进一步增强了对象的动态性和灵活性，使其能够适应不断变化的需求。Thankyou6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2数据成员与成员方法在面向对象编程中，数据成员和成员方法是类的两个重要组成部分。数据成员用于存储对象的状态，而成员方法则用于定义对象的行为。以下将介绍数据成员与成员方法，包括私有成员与公有成员、类属性与实例属性、实例方法、类方法和静态方法。6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员成员根据访问权限的不同可以分为公有成员和私有成员。公有成员可以在类的外部直接访问和修改，适用于需要开放的数据或方法。而私有成员则只能在类内部访问，通常通过特定的方法（如getter和setter）间接获取或修改，适用于需要保护的内部数据。1.公有成员可以在类外部直接访问和修改的成员。默认情况下，所有成员都是公有的。示例：class

Student:

def

__init__(self,name):=name#公有成员6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员2.私有成员只能在类内部访问和修改，不能在类外部直接访问的成员。通常在成员名前加双下划线__表示。示例：class

Student:

def

__init__(self,name,student_number):=nameself.__student_number=student_number#私有成员

def

get_student_number(self):

returnself.__student_number公有成员适用于需要开放的数据或行为，而私有成员通过限制外部访问保护内部数据的完整性。Thankyou6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2数据成员与成员方法6.2.2数据成员数据成员是类中定义的变量，用于存储对象的状态或属性。数据成员可以是公有的或私有的。1.类属性类属性是在类体内定义的属性，属于整个类；一个类的所有实例共享同一个类属性。示例：classStudent:

school_name="huanggangpolytechniccollege"#类属性类属性可以通过类名和实例名访问和修改。6.2数据成员与成员方法6.2.2数据成员2.实例属性实例属性是在__init__方法中定义的属性，属于类的每个实例。每个实例都有自己的实例属性。示例：def

__init__(self,student_id,name,student_number,class_name,gender,birthdate):self.id=student_id#实例属性

=nameself.student_number=student_numberself.class_name=class_nameself.gender=genderself.birthdate=birthdate实例属性通过实例名访问和修改。小结：数据成员包括类属性和实例属性。类属性是在类体内定义的，所有实例共享；实例属性是在__init__方法内定义的，每个实例独有。6.2数据成员与成员方法6.2.2数据成员Thankyou6.2数据成员与成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2.1私有成员与公有成员6.2.2数据成员6.2.3成员方法6.2数据成员与成员方法6.2.3成员方法成员方法是类中定义的函数，用于定义对象的行为。成员方法可以是公有的或私有的。根据功能和使用方式的不同，成员方法进一步分为三种类型：实例方法、类方法和静态方法。这些方法在类的定义中各有侧重，分别用于不同的场景。1.实例方法实例方法是定义在类中的普通方法，第一个参数是self，用于访问实例属性和实例相关的行为。示例：defdisplay_info(self):print(f"ID:{self.id},姓名:{},学号:{self.student_number},班级:{self.class_name},性别:{self.gender},出生日期:{self.birthdate},学校:{Student.school_name}")实例方法通过实例名调用。6.2数据成员与成员方法6.2.3成员方法2.类方法类方法使用@classmethod装饰器，第一个参数是cls，用于访问和修改类属性和类相关的行为。示例：@classmethoddefchange_school_name(cls,new_name):cls.school_name=new_name类方法通过类名调用。6.2数据成员与成员方法6.2.3成员方法3.静态方法静态方法使用@staticmethod装饰器，不与类或实例绑定，通常用于一些独立的功能。示例：@staticmethoddef

is_valid_student_number(student_number):

return

len(student_number)==7and

student_number.startswith("S")静态方法通过类名或实例名调用。小结：成员方法包括实例方法、类方法和静态方法。实例方法的第一个参数是self，用于访问和操作实例属性。类方法使用@classmethod装饰器，第一个参数是cls，用于访问和修改类属性。静态方法使用@staticmethod装饰器，不与类或实例绑定，通常用于实现独立功能。6.2数据成员与成员方法6.2.3成员方法Thankyou6.3继承6.3.1基本概念6.3.2方法重写6.3.3super()函数6.3继承在面继承是面向对象程序设计中的一个重要概念，它允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法，从而实现代码重用和扩展功能。通过继承，子类不仅可以使用父类的已有的属性和方法，还可以根据需要添加新的属性和方法或重写父类的方法。6.3继承6.3.1基本概念6.3.2方法重写6.3.3super()函数6.3.1基本概念6.3.2方法重写6.3.3super()函数6.3继承6.3.1基本概念继承作为面向对象编程的核心机制，通过建立类之间的层级关系实现多重编程价值。其优势不仅体现在直接复用父类已有属性和方法的开发效率提升，更在于构建出贴合现实逻辑的层次化模型——例如从"动物"到"哺乳动物"再到"猫科动物"的渐进抽象过程，这种"is-a"关系的自然延伸使程序结构获得语义层面的自解释性。开发者通过在子类中扩展新功能或重写父类方法，既能保持基础逻辑的统一性，又为系统迭代提供了灵活扩展空间。与此同时，这种层级设计天然支持多态特性，当不同子类以统一接口呈现差异化行为时，程序的可拓展性和适应性将显著增强。6.3继承6.3.1基本概念要将上述理论机制转化为具体实现，Python通过直观的语法结构支持继承关系。其核心在于类定义的冒号与缩进体系，以及父类名称在子类声明中的显式标注，如下所示：语法：class

ParentClass:#父类的属性和方法

passclass

ChildClass(ParentClass):#子类的属性和方法

pass在定义子类时，通过在类名后的括号中指定父类的名称，实现继承关系。这样，子类就可以继承父类的所有功能。6.3继承6.3.1基本概念[例6-4]大专生类继承学生类。class

Student:school_name="huanggangpolytechniccollege"def__init__(self,student_id,name,student_number,class_name,gender,birthdate):self.id=student_id=nameself.student_number=student_numberself.class_name=class_nameself.gender=genderself.birthdate=birthdate

def

display_info(self):print(f"ID:{self.id},姓名:{},学号:{self.student_number},班级:{self.class_name},性别:{self.gender},出生日期:{self.birthdate}“)6.3继承6.3.1基本概念[例6-4]大专生类继承学生类。class

CollegeStudent(Student):def__init__(self,student_id,name,student_number,class_name,gender,birthdate,major):super().__init__(student_id,name,student_number,class_name,gender,birthdate)self.major=major

defdisplay_info(self):super().display_info()print(f"专业:{self.major}")#创建学生对象student=Student(1,"张三","S123456","ClassA","男","2000-01-01")college_student=CollegeStudent(2,"李四","S123457","ClassB","女","2000-02-01","计算机科学")#调用实例方法student.display_info()college_student.display_info()6.3继承6.3.1基本概念小结：继承是面向对象编程中实现代码复用和层次化设计的重要机制。其核心优势体现在以下三方面：代码复用与扩展：子类可以直接复用父类的属性和方法，并通过添加新成员或重写父类方法实现功能扩展，避免冗余开发。层次化建模：通过建立类之间的"is-a"关系，能更准确地反映现实世界的逻辑层次结构（如动物->哺乳动物->猫科动物）。多态支持：配合方法重写机制，为后续实现运行时多态奠定基础，增强程序灵活性。Thankyou6.3继承6.3.1基本概念要将上述理论机制转化为具体实现，Python通过直观的语法结构支持继承关系。其核心在于类定义的冒号与缩进体系，以及父类名称在子类声明中的显式标注，如下所示：语法：可以在类外部直接访问和修改的成员。默认情况下，所有成员都是公有的。示例：class

Student:

def

__init__(self,name):=name#公有