【Python】新手入门：python面向对象编程的三大特性是什么？python继承、封装、多态的特性都有哪些？

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🧨引言

🎟️编程范式的演进与面向对象思想的崛起

在计算机编程的发展历程中，编程范式经历了从机器语言到汇编语言，再到高级语言的演变过程。20世纪60年代，随着软件复杂度的不断提升，结构化编程应运而生，它通过顺序、选择和循环三种基本控制结构来组织代码，显著提高了程序的可读性和可维护性。然而，当软件系统规模进一步扩大时，结构化编程在处理复杂系统时的局限性逐渐显现——数据和操作数据的函数分离导致的内聚性不足、模块间耦合度过高等问题日益突出。

正是在这样的背景下，面向对象编程(Object-Oriented Programming, OOP)范式于20世纪70年代开始兴起，并在Smalltalk语言中得到首次完整实现。OOP的核心思想是将现实世界中的事物抽象为程序中的"对象"，每个对象包含数据(属性)和操作数据的方法(行为)，从而更自然地模拟现实世界。这种思想革命性地改变了软件开发的方式，使得程序员能够以更直观、更符合人类思维习惯的方式来构建复杂系统。

Python作为一种现代高级编程语言，从设计之初就深度集成了面向对象特性。尽管Python支持多种编程范式(包括过程式和函数式)，但面向对象编程无疑是Python最强大、最常用的编程方式之一。Python中的一切皆对象——数字、字符串、函数、模块，甚至是类本身都是对象，这种一致性设计使得面向对象编程在Python中显得尤为自然和强大。

🎗️面向对象编程的三大支柱

面向对象编程建立在三个基本概念之上：封装(Encapsulation)、继承(Inheritance)和多态(Polymorphism)。
这三大特性相互关联、相互支撑，共同构成了面向对象编程的理论基础和实践框架。

​​封装​​是面向对象最基础也最重要的特性。它不仅仅是将数据和方法捆绑在一起的简单操作，更是一种信息隐藏的艺术。良好的封装在Python中表现为：通过命名约定区分公有和私有成员、使用属性装饰器控制对实例变量的访问、设计清晰的接口而隐藏实现细节。封装带来的直接好处是提高了代码的安全性和可维护性——对象内部状态的改变不会意外影响其他部分的代码，而实现细节的修改也不会影响对象的使用方式。

​​继承​​机制则体现了面向对象编程的另一个强大特性——代码复用和层次化抽象。在Python中，继承不仅限于简单的属性和方法继承，还包括方法重写、super()函数的使用、多重继承等高级特性。通过继承，我们可以建立从一般到特殊的类层次结构，避免代码重复，同时使系统结构更加清晰。Python的鸭子类型(duck typing)哲学虽然弱化了传统面向对象中继承的重要性，但合理的类继承设计仍然是构建可扩展系统的有力工具。

​​多态​​是面向对象编程中最富表现力的特性，它允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。在Python这样的动态类型语言中，多态的实现尤为灵活——不需要严格的类型继承关系，只要对象实现了相应的方法，它就可以在期望的上下文中使用。这种"接口而非继承"的多态实现方式，使得Python程序既保持了灵活性，又不失面向对象的优势。多态极大地提高了代码的通用性和可扩展性，是许多设计模式实现的基础。

🎁Python实现面向对象特性的独特之处

Python作为一门动态类型语言，在实现面向对象三大特性时展现出许多与众不同的特点，这些特点既带来了灵活性，也对程序员提出了更高的设计能力要求。

在封装方面，Python采用了一种"约定优于强制"的哲学。不同于Java或C++等语言的private关键字，Python通过单下划线()和双下划线(_)的命名约定来指示成员的访问权限。这种设计反映了Python的核心思想——“我们都是成年人了”，它信任程序员会遵循约定合理地访问对象内部，而不是通过语言机制强制限制。同时，Python的@property装饰器提供了优雅的属性访问控制方式，使得封装在Python中既灵活又实用。

继承机制在Python中的实现同样具有特色。Python支持多重继承，这为解决复杂问题提供了更多可能性，但也带来了著名的"菱形继承问题"。为此，Python采用了方法解析顺序(MRO)算法(特别是C3线性化算法)来确定方法查找顺序，这体现了Python在保持灵活性的同时也不乏严谨的设计理念。此外，Python中的抽象基类(ABC)和接口概念虽然不像Java那样严格，但通过标准库中的abc模块，Python同样能够实现接口规范和强制子类实现特定方法的功能。

多态在Python中的实现则更加"Pythonic"。由于Python采用鸭子类型——“如果它走起来像鸭子，叫起来像鸭子，那么它就是鸭子”，多态在Python中不依赖于严格的类型继承关系。这种设计使得Python代码更加灵活和富有表现力，但也要求程序员更加注重接口设计和文档规范。Python的协议(Protocol)概念(如迭代器协议、上下文管理器协议)正是这种灵活多态的体现，任何实现了iter方法的对象都可以被视为可迭代对象，而不需要显式声明实现某个接口。

🧧面向对象设计原则与Python实践

掌握面向对象三大特性只是成为优秀Python程序员的第一步。在实际开发中，我们需要将这些特性与面向对象设计原则结合起来，才能构建出真正健壮、灵活、可维护的系统。

🎑SOLID原则

SOLID原则是面向对象设计的五个基本原则，它们在Python中有着重要的实践意义：

• ​​单一职责原则(SRP)​​：一个类应该只有一个引起变化的原因。在Python中，我们可以通过将大类拆分为多个小类，或使用组合而非继承的方式来遵循这一原则。
• ​​开闭原则(OCP)​​：软件实体应该对扩展开放，对修改关闭。Python的动态特性使得通过组合、装饰器等方式扩展功能变得非常自然。
• ​​里氏替换原则(LSP)​​：子类应该能够替换它们的父类而不影响程序正确性。在Python中，这要求我们在重写方法时保持行为的一致性，而不只是满足语法上的兼容。
• ​​接口隔离原则(ISP)​​：客户端不应该被迫依赖它们不使用的接口。Python的抽象基类和协议机制可以帮助我们设计精炼的接口。
• ​​依赖倒置原则(DIP)​​：高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖抽象。在Python中，我们可以通过依赖注入和面向接口编程来实现这一原则。

🎍注意点

此外，在Python中实践面向对象编程时，我们还需要特别注意以下几点：

1. 优先使用组合而非继承：Python的动态特性使得组合通常比继承更加灵活和可维护。
2. 合理利用魔法方法：Python通过__开头和结尾的特殊方法实现了许多面向对象的高级特性，熟练使用这些方法可以让我们的类更加"Pythonic"。
3. 注意可哈希性和可变性：在设计类时，特别是当它们可能被用作字典键或存储在集合中时，需要特别注意hash和eq方法的实现。
4. 利用数据类简化代码：Python 3.7引入的dataclasses模块可以大大简化主要用来存储数据的类的实现。

🎈本文内容概览

本文将深入探讨Python中面向对象编程的三大特性，从基础概念到高级应用，从语言特性到设计原则，全面剖析如何在Python中有效运用面向对象技术。具体内容包括：

1. ​​封装的艺术​​：详细讲解Python中的封装机制，包括命名约定、属性控制、私有成员实现等，并通过实际案例展示良好封装如何提升代码质量。
2. ​​继承的深度解析​​：系统介绍Python中的继承机制，包括方法解析顺序、super()函数的工作原理、抽象基类的使用等，并探讨何时使用继承、何时使用组合的决策方法。
3. ​​多态的Python式实现​​：全面分析Python中实现多态的各种方式，包括继承多态、鸭子类型、协议和抽象基类等，并通过实际案例展示多态如何提高代码的灵活性。
4. ​​三大特性的综合应用​​：通过一个完整的项目案例，展示如何将封装、继承和多态有机结合，构建可维护、可扩展的Python应用程序。
5. ​​面向对象设计模式实践​​：介绍几个经典的面向对象设计模式(如策略模式、观察者模式、工厂模式)在Python中的实现，展示三大特性在实际设计中的应用。

通过本文的学习，读者不仅能够深入理解Python面向对象编程的三大特性，还能够掌握如何在实际项目中合理运用这些特性，编写出更加优雅、健壮的Python代码。无论是Python初学者还是有一定经验的开发者，都能从本文中获得有价值的见解和实践指导。

💡一、封装

⚽1.1.封装的目的

1. 封装数据：保护隐私
2. 封装方法：隔离复杂度（只保留部分接口对外使用）

⚾1.2.封装的方式

🎯1.2.1.公有属性和方法

公有属性和方法可以被类的外部访问和使用，不需要添加任何特殊符号。

class Student:"""Student类"""public_attribute = 'This is a public attribute'def __init__(self):self.public_student = "李华"def public_method(self):print("This is a public method.")student1=Student() # 创建对象
print(student1.public_attribute) # 输出：This is a public attribute
student1.public_method() # 输出：This is a public method.

公有属性和方法可以被类的外部访问和使用，不需要添加任何特殊符号。

🐵1.2.2.私有属性和方法

私有属性和方法的申明以双下划线开头(__)：

封装属性: ​​__attr​​
封装方法：​​__func​​

在Python中，可以使用_和__来定义属性的访问级别。

• 以_开头的属性被视为受保护的属性，即它们不应该在类外部被直接访问。但是，它们可以在类的子类和内部方法中被访问。

• 以__开头的属性被视为私有属性，即它们不应该在类的外部被访问。但是，它们也可以在类的内部方法中被访问。

这里要提一下，对于python中受保护的属性，python是不会对其做任何处理的，比如我们看下面这个例子：

class Student:"""学生类"""def __init__(self,name,gender,age): # 构造方法self.name = name # 名字属性self._gender = gender # 性别属性self.__age = age # 年龄属性（私有属性，受保护）print(f"创建了一个学生对象#姓名：{self.name},性别：{self._gender},年龄：{self.__age}")student1 = Student("张三","男",18)
print(f"类外调用受保护属性：{student1._gender}") # 输出：类外调用受保护属性：男
student1._gender = "女" # 修改属性
print(f"修改后类外调用受保护属性：{student1._gender}")

但是按照python中的规则来讲，我们不能在类外部访问类内受保护的属性或方法。
还是这个例子，我们如果在类外访问私有属性，会发生什么呢？

class Student:"""学生类"""def __init__(self,name,gender,age): # 构造方法self.name = name # 名字属性self._gender = gender # 性别属性self.__age = age # 年龄属性（私有属性，受保护）print(f"创建了一个学生对象#姓名：{self.name},性别：{self._gender},年龄：{self.__age}"<