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Python 面向对象编程（OOP）全面详解：类、对象与 API

news 2025/7/6 20:33:58

1. 前言：为什么需要面向对象编程？

面向对象编程（OOP）是一种组织代码的方式，它将数据和操作数据的方法封装成类（Class），并通过对象（Object）来使用这些功能。Python 作为一门支持 OOP 的语言，提供了强大的类和对象机制，适用于 GUI 开发、Web 框架（如 Django）、数据分析（如 Pandas）等场景。

1.1 OOP 的四大特性

封装（Encapsulation）：隐藏内部实现，仅暴露必要接口。
继承（Inheritance）：子类复用父类的属性和方法。
多态（Polymorphism）：同一方法在不同类中有不同实现。
抽象（Abstraction）：定义接口而不关心具体实现。

2. Python 类与对象基础

2.1 类的定义与实例化

class Dog:  # 类名通常首字母大写# 类属性（所有实例共享）species = "Canis lupus"def __init__(self, name, age):  # 构造方法，self 代表实例本身self.name = name  # 实例属性self.age = agedef bark(self):  # 实例方法print(f"{self.name} 汪汪叫！")# 实例化对象、通常情况下一个对象只属于一个类：原因-如果遇到多继承，对象不知道需要调用哪个类方法
my_dog = Dog("阿黄", 3)
my_dog.bark()  # 输出: 阿黄 汪汪叫！

2.2 类属性 vs 实例属性

特性	类属性	实例属性
定义位置	类内部，方法外部	`__init__` 或其他方法内
访问方式	`类名.属性` 或 `实例.属性`	只能通过 `实例.属性`
修改影响	影响所有实例	仅影响当前实例

示例：

print(Dog.species)  # 类属性访问
my_dog.name = "小黑"  # 修改实例属性

3. 类的继承与方法重写

3.1 基本继承

class Animal:def __init__(self, name):self.name = namedef speak(self):raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")class Cat(Animal):  # 继承 Animaldef speak(self):  # 方法重写print(f"{self.name} 喵喵叫！")my_cat = Cat("小白")
my_cat.speak()  # 输出: 小白 喵喵叫！

注意：

如果子类没有实现父类的抽象方法（如 speak），会触发 NotImplementedError。

3.2 多重继承与 MRO

Python 支持多重继承，方法解析顺序（MRO）由 C3 算法决定：

class A:def show(self):print("A")class B(A):def show(self):print("B")class C(A):def show(self):print("C")class D(B, C):passd = D()
d.show()  # 输出: B（按 MRO 顺序：D -> B -> C -> A）
print(D.__mro__)  # 查看 MRO 顺序

4. 特殊方法（魔术方法）

Python 通过 __xxx__ 形式（这里的前后下划线都是双下划线）的特殊方法实现运算符重载、对象生命周期控制等。

4.1 常用魔术方法

方法	作用	示例
`__str__`	定义 `print(obj)` 的输出	`def __str__(self): return self.name`
`__len__`	定义 `len(obj)` 的行为	`def __len__(self): return len(self.data)`
`__add__`	定义 `obj1 + obj2` 的行为	`def __add__(self, other): return self.value + other.value`

示例：

class Vector:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = ydef __add__(self, other):  # 重载 + 运算符return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
v3 = v1 + v2  # 调用 __add__
print(v3.x, v3.y)  # 输出: 4 6

5. API 的使用详解

5.1 什么是 API？

API（Application Programming Interface）是预定义的方法或函数，供开发者调用（如 requests.get()、json.loads()）。

5.2 如何阅读 API 文档？

以 datetime 模块为例：

from datetime import datetime# 获取当前时间
now = datetime.now()  # 调用类方法
print(now)  # 输出: 2023-10-01 12:34:56.789012# 格式化时间
formatted = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  # strftime 是实例方法
print(formatted)  # 输出: 2023-10-01 12:34:56

6. 实战：封装一个 HTTP 请求工具类

import requestsclass HttpClient:def __init__(self, base_url):self.base_url = base_urldef get(self, endpoint, params=None):"""发送 GET 请求:param endpoint: API 路径（如 "/users"）:param params: 查询参数（字典）:return: 响应数据（JSON 格式）"""url = self.base_url + endpointresponse = requests.get(url, params=params)return response.json()# 使用示例
client = HttpClient("https://api.example.com")
data = client.get("/users", params={"page": 1})
print(data)

关键点：