Python 类的用法

在 Python 中，类（Class） 是面向对象编程的核心，它是一种 “模板” 或 “蓝图”，用于描述具有相同属性（数据）和方法（行为）的对象的集合。通过类，我们可以将数据和操作数据的函数封装在一起一起，实现代码的模块化和复用。

一、类的基本概念

• 类（Class）：是抽象的 “模板”，定义了对象的属性（如 “名字”“年龄”）和方法（如 “说话”“走路”）。例如：“人类” 就是一个类，它包含属性（姓名、身高）和方法（吃饭、睡觉）。
• 对象（Object）：是类的具体实例（根据模板创建的具体 “东西”）。例如：“张三” 是 “人类” 这个类的一个对象，他有具体的姓名（“张三”）和身高（180cm），能执行吃饭、睡觉等方法。
• 属性（Attribute）：类或对象的数据（变量），描述对象的特征。
• 方法（Method）：类中定义的函数，描述对象的行为，只能通过对象或类调用。

二、类的定义

1. 基本语法：self代指当前对象实例，cls代表当前类

class 类名:"""类的文档字符串（可选，说明类的功能）"""# 类属性（所有对象共享的属性）类属性名 = 属性值# 初始化方法（创建对象时自动调用，用于初始化对象的属性）def __init__(self, 参数1, 参数2, ...):# 实例属性（每个对象独有的属性，用 self. 定义）self.实例属性名1 = 参数1self.实例属性名2 = 参数2# 实例方法（操作实例属性的方法，第一个参数必须是 self）def 方法名(self, 参数...):方法体（可以访问 self. 定义的实例属性）# 类方法（操作类属性的方法，用 @classmethod 装饰，第一个参数是 cls）@classmethoddef 类方法名(cls, 参数...):方法体（可以访问 cls. 定义的类属性）# 静态方法（与类和对象无关的工具方法，用 @staticmethod 装饰，无默认参数）@staticmethoddef 静态方法名(参数...):方法体

2. 关键要素说明

• 类名：遵循 “大驼峰命名法”（每个单词首字母大写，如 Person、StudentManager），与函数名的蛇形命名法区分。
• __init__ 方法：
  • 称为 “构造方法” 或 “初始化方法”，创建对象时自动执行，用于给对象初始化属性。
  • 第一个参数必须是 self（代表当前对象本身，类似其他语言的 this），后续参数是创建对象时需要传入的属性值。
• self 的作用：
  • 在类的方法中，self 指代当前对象，通过 self.属性名 可以访问或修改对象的实例属性，通过 self.方法名() 可以调用对象的其他方法。
  • 调用方法时，self 不需要手动传入，Python 会自动传递当前对象。

三、类的使用（创建对象与调用）

1. 创建对象（实例化）

用 类名(参数) 即可创建对象，参数对应 __init__ 方法中除 self 外的参数。

# 定义一个“人类”类
class Person:# 类属性（所有人类共享的属性）species = "人类"  # 所有 Person 对象的 species 都是“人类”# 初始化方法：创建对象时必须传入 name 和 agedef __init__(self, name, age):# 实例属性：每个对象独有的名字和年龄self.name = name  # self.name 绑定到传入的 name 参数self.age = age    # self.age 绑定到传入的 age 参数# 实例方法：对象的行为（说话）def speak(self):# 访问实例属性 self.name 和 self.ageprint(f"我叫{self.name}，今年{self.age}岁。")# 创建对象（实例化）：传入 name 和 age 参数
p1 = Person("张三", 20)  # p1 是 Person 类的一个对象
p2 = Person("李四", 30)  # p2 是另一个对象

2. 访问属性

• 实例属性：通过 对象名.属性名 访问。
• 类属性：通过 类名.属性名 或 对象名.属性名 访问（推荐用类名，更清晰）。

# 访问实例属性
print(p1.name)  # 输出：张三（p1 的名字）
print(p2.age)   # 输出：30（p2 的年龄）# 访问类属性
print(Person.species)  # 输出：人类（类名访问）
print(p1.species)      # 输出：人类（对象名也能访问，因为所有对象共享类属性）

3. 调用方法

• 实例方法：通过 对象名.方法名() 调用（无需传 self）。
• 类方法：通过 类名.类方法名() 或 对象名.类方法名() 调用。
• 静态方法：通过 类名.静态方法名() 或 对象名.静态方法名() 调用。

# 调用实例方法
p1.speak()  # 输出：我叫张三，今年20岁。
p2.speak()  # 输出：我叫李四，今年30岁。

四、类的三大特性（封装、继承、多态）

1. 封装（Encapsulation）

• 定义：将数据（属性）和操作数据的方法捆绑在类中，隐藏内部实现细节，只通过公开的方法与外部交互。
• 作用：保护数据不被随意修改，提高代码安全性。
• 实现：通过 “私有属性 / 方法”（命名以 __ 开头）限制外部访问。

class BankAccount:def __init__(self, balance=0):self.__balance = balance  # 私有属性（外部不能直接访问）# 公开方法：查询余额（提供外部访问接口）def get_balance(self):return self.__balance# 公开方法：存款（控制修改逻辑）def deposit(self, amount):if amount > 0:self.__balance += amountprint(f"存款成功，余额：{self.__balance}")else:print("存款金额必须为正数")# 使用
account = BankAccount(100)
print(account.get_balance())  # 输出：100（通过公开方法访问）
account.deposit(50)           # 输出：存款成功，余额：150
# print(account.__balance)    # 报错：私有属性不能直接访问（AttributeError）

2. 继承（Inheritance）

• 定义：一个类（子类）可以继承另一个类（父类）的属性和方法，子类还可以新增或重写方法。
• 作用：实现代码复用，减少重复代码。
• 语法：class 子类名(父类名):

# 父类：人类
class Person:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef speak(self):print(f"我叫{self.name}")# 子类：学生（继承 Person）
class Student(Person):# 新增子类的初始化方法（需要先调用父类的初始化方法）def __init__(self, name, age, school):# 调用父类的 __init__ 方法，复用属性初始化逻辑super().__init__(name, age)self.school = school  # 子类新增的属性# 重写父类的 speak 方法（覆盖父类逻辑）def speak(self):# 先调用父类的 speak 方法super().speak()# 新增子类的逻辑print(f"我在{self.school}上学")# 使用子类
s = Student("王五", 18, "北京大学")
s.speak()  # 输出：我叫王五 → 我在北京大学上学（调用重写后的方法）
print(s.age)  # 输出：18（继承父类的属性）

3. 多态（Polymorphism）

• 定义：不同子类继承父类后，重写父类的方法，使得同一方法调用在不同对象上表现出不同行为。
• 作用：提高代码灵活性，调用者无需关心对象具体类型，只需调用统一方法。

# 父类：动物
class Animal:def make_sound(self):pass  # 父类方法为空，由子类重写# 子类：猫
class Cat(Animal):def make_sound(self):print("喵喵喵")# 子类：狗
class Dog(Animal):def make_sound(self):print("汪汪汪")# 统一调用函数（不关心具体是猫还是狗）
def animal_sound(animal):animal.make_sound()  # 同一方法调用，不同对象表现不同# 多态体现：传入不同对象，输出不同结果
cat = Cat()
dog = Dog()
animal_sound(cat)  # 输出：喵喵喵
animal_sound(dog)  # 输出：汪汪汪

五、类的其他重要细节

1. 类方法（@classmethod）

• 用于操作类属性，第一个参数是 cls（代表类本身），可以通过 cls.类属性名 访问类属性。
• 通常用于创建类的实例或操作类级别的数据。

class Car:total_cars = 0  # 类属性：记录总车辆数def __init__(self, brand):self.brand = brandCar.total_cars += 1  # 每创建一个对象，总车辆数+1# 类方法：获取总车辆数@classmethoddef get_total_cars(cls):return cls.total_cars  # 访问类属性# 使用
car1 = Car("特斯拉")
car2 = Car("比亚迪")
print(Car.get_total_cars())  # 输出：2（通过类方法获取类属性）

2. 静态方法（@staticmethod）

• 与类和对象无关的工具方法，没有默认参数（不需要 self 或 cls），不能直接访问类属性或实例属性。
• 通常用于封装与类相关的通用功能（如工具函数）。

class MathUtils:# 静态方法：计算两个数的和（与类属性/实例属性无关）@staticmethoddef add(a, b):return a + b# 调用（无需创建对象，直接用类名调用）
print(MathUtils.add(3, 5))  # 输出：8

3. 特殊方法（魔术方法）

Python 中以 __ 开头和结尾的方法是特殊方法，用于实现类的特殊行为（如初始化、打印、运算符重载等）。

• __init__：初始化对象（最常用）。
• __str__：定义对象的字符串表示（print 时调用）。
• __len__：定义对象的长度（len() 函数调用）。

class Book:def __init__(self, title, pages):self.title = titleself.pages = pages# 自定义打印对象时的输出def __str__(self):return f"《{self.title}》（{self.pages}页）"# 自定义 len() 函数的返回值def __len__(self):return self.pagesbook = Book("Python入门", 300)
print(book)  # 输出：《Python入门》（300页）（调用 __str__）
print(len(book))  # 输出：300（调用 __len__）

六、类的使用步骤总结

1. 定义类：用 class 关键字，定义属性（类属性 / 实例属性）和方法（实例方法 / 类方法 / 静态方法）。
2. 创建对象：用 类名(参数) 实例化，自动调用 __init__ 初始化属性。
3. 操作对象：
   • 访问属性：对象名.属性名 或 类名.类属性名。
   • 调用方法：对象名.方法名() 或 类名.方法名()。
4. 利用特性：通过封装保护数据，通过继承复用代码，通过多态灵活调用。

七、练习案例

定义一个 “手机” 类 Phone，包含：

• 实例属性：品牌（brand）、价格（price）。
• 实例方法：call(number)（输出 “用 [品牌] 手机拨打 [号码]”）。
• 类属性：system（操作系统，默认 “Android”）。
• 静态方法：check_network()（输出 “网络正常”）。

class Phone:system = "Android"  # 类属性def __init__(self, brand, price):self.brand = brandself.price = pricedef call(self, number):print(f"用{self.brand}手机拨打{number}")@staticmethoddef check_network():print("网络正常")# 测试
phone = Phone("华为", 5000)
phone.call("10086")  # 输出：用华为手机拨打10086
print(Phone.system)   # 输出：Android
Phone.check_network() # 输出：网络正常