Python 面向对象三大特性深度解析
一、封装（Encapsulation）
1. 私有化实现
class BankAccount:
def __init__(self, account_holder, balance=0):
self.__holder = account_holder # 双下划线私有属性
self.__balance = balance
# 公有方法访问私有属性
def deposit(self, amount):
if amount > 0:
self.__balance += amount
print(f"存款成功，当前余额：{self.__balance}")
def get_balance(self):
return self.__balance
# 使用示例
account = BankAccount("Alice", 1000)
account.deposit(500) # 正常操作
print(account.__balance) # 报错：AttributeError
2. 属性装饰器
class Temperature:
def __init__(self, celsius):
self._celsius = celsius # 保护属性
@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
# 使用示例
temp = Temperature(25)
print(temp.fahrenheit) # 77.0
temp.celsius = 30 # 正常设置
temp.celsius = -300 # ValueError
二、继承（Inheritance）
1. 单继承示例
class Animal:
def __init__(self, name):
self.name = name
def speak(self):
raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")
class Dog(Animal):
def speak(self):
return "汪汪！"
def fetch(self, item):
print(f"{self.name} 捡回了 {item}")
class Cat(Animal):
def speak(self):
return "喵~"
# 使用示例
dog = Dog("Buddy")
print(dog.speak()) # 汪汪！
dog.fetch("球") # Buddy 捡回了 球
cat = Cat("Kitty")
print(cat.speak()) # 喵~
2. 多继承与MRO
class Camera:
def take_photo(self):
print("拍照中...")
class Phone:
def make_call(self, number):
print(f"正在拨打：{number}")
class SmartPhone(Camera, Phone):
def run_app(self, app_name):
print(f"运行 {app_name}")
# 查看方法解析顺序
print(SmartPhone.mro())
# [<class '__main__.SmartPhone'>,
# <class '__main__.Camera'>,
# <class '__main__.Phone'>,
# <class 'object'>]
# 使用示例
phone = SmartPhone()
phone.take_photo() # 拍照中...
phone.make_call(110) # 正在拨打：110
三、多态（Polymorphism）
1. 方法重写实现多态
class Shape:
def area(self):
pass
class Circle(Shape):
def __init__(self, radius):
self.radius = radius
def area(self):
return 3.14 * self.radius ** 2
class Rectangle(Shape):
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def area(self):
return self.width * self.height
# 多态调用
shapes = [Circle(5), Rectangle(4, 6)]
for shape in shapes:
print(f"图形面积：{shape.area()}")
2. 鸭子类型实现多态
class PDFGenerator:
def generate(self, data):
print("生成PDF文档：", data)
class HTMLGenerator:
def generate(self, data):
print("生成HTML页面：", data)
def export_data(exporter, data):
exporter.generate(data)
# 调用示例
export_data(PDFGenerator(), "报表数据") # 生成PDF文档
export_data(HTMLGenerator(), "产品目录") # 生成HTML页面
四、综合实战案例
员工管理系统
class Employee:
def __init__(self, name, emp_id):
self.__name = name
self.__emp_id = emp_id
@property
def name(self):
return self.__name
def calculate_salary(self):
raise NotImplementedError
class FullTimeEmployee(Employee):
def __init__(self, name, emp_id, monthly_salary):
super().__init__(name, emp_id)
self.__monthly_salary = monthly_salary
def calculate_salary(self):
return self.__monthly_salary
class PartTimeEmployee(Employee):
def __init__(self, name, emp_id, hourly_rate, hours):
super().__init__(name, emp_id)
self.hourly_rate = hourly_rate
self.hours = hours
def calculate_salary(self):
return self.hourly_rate * self.hours
# 使用示例
employees = [
FullTimeEmployee("张三", "FT001", 15000),
PartTimeEmployee("李四", "PT001", 100, 80)
]
for emp in employees:
print(f"{emp.name} 薪资：{emp.calculate_salary()}")
五、最佳实践与注意事项
-
封装原则：
- 使用最少公开原则（最小化公有接口）
- 优先使用属性装饰器而不是直接暴露属性
-
继承规范：
- 避免超过三层的继承链
- 慎用多继承，优先使用组合
- 使用 super() 正确调用父类方法
-
多态实现：
- 遵循里氏替换原则（子类可替换父类）
- 使用抽象基类（ABC）强制接口实现
from abc import ABC, abstractmethod
class DatabaseConnector(ABC):
@abstractmethod
def connect(self):
pass
- 常见错误：
# 错误：忘记调用super().__init__
class SubClass(Parent):
def __init__(self, param):
self.param = param # 父类初始化未执行
通过本教程的实践，您已经掌握面向对象编程的核心特性。建议进一步学习：
- 魔术方法（如 str, add）
- 元类编程（metaclass）
- 设计模式（工厂模式、观察者模式等）