文档建议反馈控制台
首页
学习
活动
专区
圈层
工具
MCP广场
文章/答案/技术大牛
发布
社区首页 >专栏 >人工智能之编程进阶 Python高级：第二章 面向对象

人工智能之编程进阶 Python高级：第二章 面向对象

原创
作者头像
咚咚王
发布于 2025-11-18 20:28:36
发布于 2025-11-18 20:28:36
810
举报
文章被收录于专栏：人工智能之编程进阶人工智能之编程进阶

人工智能之编程进阶 Python高级

第二章 面向对象

前言

Python 是一种面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP） 语言，支持封装、继承、多态等核心特性。掌握面向对象编程是编写结构清晰、可维护、可复用代码的关键。

一、面向对象核心概念

概念

说明

类（Class）

对象的蓝图或模板，定义属性和方法

对象（Object）

类的实例，具有具体的状态和行为

封装（Encapsulation）

将数据和操作数据的方法绑定在一起，隐藏内部实现

继承（Inheritance）

子类继承父类的属性和方法，实现代码复用

多态（Polymorphism）

同一接口，不同实现（如方法重写）

抽象（Abstraction）

隐藏复杂细节，只暴露必要接口

二、定义类和创建对象

1. 基本语法

代码语言：python
复制
class ClassName:
    # 类属性（所有实例共享）
    class_variable = "共享值"

    # 构造方法（初始化）
    def __init__(self, param1, param2):
        # 实例属性（每个对象独有）
        self.instance_var1 = param1
        self.instance_var2 = param2

    # 实例方法
    def method(self):
        return f"{self.instance_var1} - {self.instance_var2}"

# 创建对象（实例化）
obj = ClassName("值1", "值2")
print(obj.method())  # 值1 - 值2

2. __init__ 方法

  • 类似于构造函数，用于初始化对象
  • 第一个参数必须是 self（代表当前实例）
代码语言：python
复制
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def greet(self):
        return f"Hello, I'm {self.name}, {self.age} years old."

p = Person("Alice", 25)
print(p.greet())  # Hello, I'm Alice, 25 years old.

三、封装与访问控制

Python 没有严格的 private/public 关键字，但通过命名约定实现封装：

命名方式

含义

访问建议

name

公有属性

可自由访问

_name

受保护属性

“内部使用”，但可访问

__name

私有属性

名称改写（name mangling），外部不可直接访问

示例

代码语言：python
复制
class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance=0):
        self.owner = owner          # 公有
        self._balance = balance     # 受保护（约定）
        self.__pin = "1234"         # 私有（实际为 _BankAccount__pin）

    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self._balance += amount

    def get_balance(self, pin):
        if pin == self.__pin:
            return self._balance
        else:
            raise ValueError("Invalid PIN")

acc = BankAccount("Alice", 100)
print(acc.owner)        # ✅ 可访问
print(acc._balance)     # ⚠️ 可访问，但不推荐
# print(acc.__pin)      # ❌ AttributeError
print(acc._BankAccount__pin)  # ✅ 但强烈不推荐（破坏封装）

✅ 最佳实践：使用属性（@property）提供安全的访问接口。

代码语言：python
复制
class Temperature:
    def __init__(self, celsius=0):
        self._celsius = celsius

    @property
    def celsius(self):
        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):
        return self._celsius * 9/5 + 32

temp = Temperature(25)
print(temp.celsius)     # 25
print(temp.fahrenheit)  # 77.0
temp.celsius = 30       # 自动验证
# temp.celsius = -300   # 抛出异常

四、继承（Inheritance）

子类继承父类的属性和方法，并可扩展或重写。

1. 基本继承

代码语言：python
复制
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现 speak 方法")

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

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Meow!"

dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.speak())  # Buddy says Woof!
print(cat.speak())  # Whiskers says Meow!

2. super() 调用父类

代码语言：python
复制
class Employee:
    def __init__(self, name, salary):
        self.name = name
        self.salary = salary

class Manager(Employee):
    def __init__(self, name, salary, bonus):
        super().__init__(name, salary)  # 调用父类构造函数
        self.bonus = bonus

    def total_income(self):
        return self.salary + self.bonus

3. 多重继承

代码语言：python
复制
class Flyable:
    def fly(self):
        return "Flying..."

class Swimmable:
    def swim(self):
        return "Swimming..."

class Duck(Animal, Flyable, Swimmable):
    def speak(self):
        return "Quack!"

duck = Duck("Donald")
print(duck.fly())    # Flying...
print(duck.swim())   # Swimming...

⚠️ 注意：多重继承可能引发 方法解析顺序（MRO） 问题，可通过 ClassName.__mro__ 查看。

五、多态（Polymorphism）

同一接口，不同实现。Python 是动态类型语言，天然支持多态。

代码语言：python
复制
def animal_sound(animal: Animal):
    print(animal.speak())  # 不关心具体类型，只要实现 speak()

animals = [Dog("Buddy"), Cat("Whiskers"), Duck("Donald")]
for a in animals:
    animal_sound(a)

输出：

代码语言：python
复制
Buddy says Woof!
Whiskers says Meow!
Donald says Quack!

六、特殊方法（魔术方法 / Dunder Methods）

以双下划线开头和结尾的方法，用于自定义类的行为。

方法

用途

示例

__str__

用户友好的字符串表示

print(obj)

__repr__

开发者友好的字符串表示

repr(obj)

__len__

支持 len()

len(obj)

__getitem__

支持索引访问

obj[0]

__call__

使对象可调用

obj()

__eq__

定义相等比较

obj1 == obj2

示例：自定义容器类

代码语言：python
复制
class MyList:
    def __init__(self, items=None):
        self._items = items or []

    def __len__(self):
        return len(self._items)

    def __getitem__(self, index):
        return self._items[index]

    def __str__(self):
        return f"MyList({self._items})"

    def __repr__(self):
        return f"MyList({self._items!r})"

my_list = MyList([1, 2, 3])
print(len(my_list))     # 3
print(my_list[0])       # 1
print(my_list)          # MyList([1, 2, 3])

七、类方法与静态方法

类型

装饰器

第一个参数

用途

实例方法

无

self

操作实例数据

类方法

@classmethod

cls

操作类数据，常用于替代构造函数

静态方法

@staticmethod

无

与类相关但不依赖类或实例

代码语言：python
复制
class Person:
    species = "Homo sapiens"

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    @classmethod
    def get_species(cls):
        return cls.species

    @classmethod
    def from_string(cls, person_str):
        # 替代构造函数
        name, age = person_str.split('-')
        return cls(name, int(age))

    @staticmethod
    def is_adult(age):
        return age >= 18

# 使用
p1 = Person.from_string("Alice-25")
print(Person.get_species())  # Homo sapiens
print(Person.is_adult(17))   # False

八、抽象基类（ABC）

强制子类实现特定方法。

代码语言：python
复制
from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

    def perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)

# rect = Shape()  # ❌ 不能实例化抽象类
rect = Rectangle(3, 4)
print(rect.area())  # 12

九、数据类（@dataclass，Python 3.7+）

简化只用于存储数据的类。

代码语言：python
复制
from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Point:
    x: float
    y: float

    def distance_from_origin(self):
        return (self.x ** 2 + self.y ** 2) ** 0.5

p = Point(3.0, 4.0)
print(p)  # Point(x=3.0, y=4.0)
print(p.distance_from_origin())  # 5.0

自动生成 __init__, __repr__, __eq__ 等方法。

十、面向对象设计原则（SOLID 简化版）

  1. 单一职责：一个类只做一件事
  2. 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭
  3. 里氏替换：子类能替换父类而不破坏程序
  4. 接口隔离：客户端不应依赖它不需要的接口
  5. 依赖倒置：依赖抽象，而非具体实现

十一、super()

十二、总结

本文主要讲述python的面向对象具有的特性，以便于更加方便的实现业务逻辑以及高效的编程方式，便于理解业务和开发拓展功能。具体内容总结如下

特性

Python 实现方式

封装

属性命名约定 +@property

继承

class Child(Parent):+super()

多态

鸭子类型 + 方法重写

抽象

abc.ABC+@abstractmethod

便捷数据类

@dataclass

✅ 最佳实践：优先组合而非继承 使用 @property 控制属性访问 用 dataclass 简化数据载体类 抽象基类用于定义接口契约

资料关注

相关资料获取:

公众号：咚咚王

《Python编程：从入门到实践》

《利用Python进行数据分析》

《算法导论中文第三版》

《概率论与数理统计（第四版） (盛骤) 》

《程序员的数学》

《线性代数应该这样学第3版》

《微积分和数学分析引论》

《（西瓜书）周志华-机器学习》

《TensorFlow机器学习实战指南》

《Sklearn与TensorFlow机器学习实用指南》

《模式识别（第四版）》

《深度学习 deep learning》伊恩·古德费洛著 花书

《Python深度学习第二版(中文版)【纯文本】 (登封大数据 (Francois Choliet)) (Z-Library)》

《深入浅出神经网络与深度学习+(迈克尔·尼尔森（Michael+Nielsen） 》

《自然语言处理综论 第2版》

《Natural-Language-Processing-with-PyTorch》

《计算机视觉-算法与应用(中文版)》

《Learning OpenCV 4》

《AIGC：智能创作时代》杜雨+&+张孜铭

《AIGC原理与实践：零基础学大语言模型、扩散模型和多模态模型》

《从零构建大语言模型（中文版）》

《实战AI大模型》

《AI 3.0》

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

python
人工智能
教程

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

python
人工智能
教程
评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
登录 后参与评论
推荐阅读
目录
  • 人工智能之编程进阶 Python高级
  • 前言
  • 一、面向对象核心概念
  • 二、定义类和创建对象
    • 1. 基本语法
    • 2. __init__ 方法
  • 三、封装与访问控制
    • 示例
  • 四、继承（Inheritance）
    • 1. 基本继承
    • 2. super() 调用父类
    • 3. 多重继承
  • 五、多态（Polymorphism）
  • 六、特殊方法（魔术方法 / Dunder Methods）
    • 示例：自定义容器类
  • 七、类方法与静态方法
  • 八、抽象基类（ABC）
  • 九、数据类（@dataclass，Python 3.7+）
  • 十、面向对象设计原则（SOLID 简化版）
  • 十一、super()
  • 十二、总结
  • 资料关注
领券

腾讯云开发者

扫码关注腾讯云开发者

扫码关注腾讯云开发者

领取腾讯云代金券

热门产品

热门推荐

更多推荐

Copyright © 2013 - 2025 Tencent Cloud. All Rights Reserved. 腾讯云 版权所有 

深圳市腾讯计算机系统有限公司 ICP备案/许可证号：粤B2-20090059 深公网安备号 44030502008569

腾讯云计算（北京）有限责任公司 京ICP证150476号 |  京ICP备11018762号 | 京公网安备号11010802020287

问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档

Copyright © 2013 - 2025 Tencent Cloud.

All Rights Reserved. 腾讯云 版权所有

登录 后参与评论