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一文學會Python面向對象中封裝、繼承、多態使用

在Python這門強大而靈活的編程語言中,面向對象編程(OOP)是一個核心的概念,它主要包括三個基本的特性:封裝、繼承和多態。接下來,我將通過實際的代碼示例和詳細的解釋,帶你深入瞭解這三個概念,並掌握如何在Python中運用它們。

一、封裝(Encapsulation)

封裝是面向對象編程的一種方法,它將對象的狀態和行為組合在一起,並隱藏了對象內部實現的細節,只暴露出有限的接口供外部訪問。

代碼示例

class Car:
    def __init__(self, speed, color):
        self.__speed = speed  # 私有屬性,用兩個下劃線開頭
        self.color = color

    def set_speed(self, speed):
        if speed < 0:
            print("速度不能為負數")
        else:
            self.__speed = speed

    def get_speed(self):
        return self.__speed

car = Car(60, "紅色")
print(car.color)  # 輸出:紅色
print(car.get_speed())  # 輸出:60
car.set_speed(-10)  # 輸出:速度不能為負數
car.set_speed(80)
print(car.get_speed())  # 輸出:80

在上面的例子中,我們定義了一個Car類,它有兩個屬性:__speed和color。其中__speed是一個私有屬性,只能在類的內部訪問,我們通過set_speed和get_speed這兩個方法來對其進行設置和獲取。這樣做的好處是我們可以在設置速度的時候加入一些驗證邏輯,確保速度不會被設置為負數。

二、繼承(Inheritance)

繼承是面向對象編程中的另一個重要概念,它允許我們定義一個基類,並創建一個或多個派生類,派生類繼承了基類的屬性和方法,並可以添加或覆蓋基類的方法。

代碼示例

class Vehicle:
    def __init__(self, speed):
        self.speed = speed

    def drive(self):
        print(f"該交通工具正在以{self.speed}km/h的速度行駛")

class Car(Vehicle):
    def __init__(self, speed, brand):
        super().__init__(speed)  # 調用基類的構造函數
        self.brand = brand

    def drive(self):
        print(f"{self.brand}汽車正在以{self.speed}km/h的速度行駛")

car = Car(80, "寶馬")
car.drive()  # 輸出:寶馬汽車正在以80km/h的速度行駛

在這個例子中,我們定義了兩個類:Vehicle和Car。Vehicle是一個基類,有一個drive方法用來輸出交通工具的行駛速度。Car是從Vehicle繼承來的派生類,它除了繼承了Vehicle的所有屬性和方法外,還添加了一個新的屬性brand,並重寫了drive方法。當我們創建了一個Car的實例並調用drive方法時,它實際上調用的是Car自己的drive方法,而不是基類Vehicle的drive方法。

三、多態(Polymorphism)

多態是指同一個操作作用於不同的對象上可以有不同的解釋,即一個接口可以有多個實現。這使得我們可以用一個統一的接口來操作不同的對象,提高了代碼的靈活性和可擴展性。

代碼示例

class Dog:
    def speak(self):
        return "汪汪汪"

class Cat:
    def speak(self):
        return "喵喵喵"

def animal_sound(animal):
    print(animal.speak())

dog = Dog()
cat = Cat()
animal_sound(dog)  # 輸出:汪汪汪
animal_sound(cat)  # 輸出:喵喵喵

在這個例子中,我們定義了兩個類:Dog和Cat,它們都有一個speak方法用來輸出該動物的叫聲。雖然Dog和Cat沒有繼承自同一個基類,但是它們都實現了speak方法,因此我們可以用相同的方式來調用它們的speak方法。animal_sound函數接受一個動物對象作為參數,並調用它的speak方法,無論傳入的是Dog對象還是Cat對象,它都能正確地調用相應的方法,這就是多態的體現。
通過上面的例子,我們可以看到,封裝、繼承和多態是面向對象編程的三大基石,它們使得我們的代碼更加靈活和易於擴展。掌握了這三個概念,你就能更加自如地運用Python進行面向對象編程了。

四、三者區別

下表總結了封裝、繼承和多態在面向對象編程中的主要區別:

特性 封裝(Encapsulation) 繼承(Inheritance) 多態(Polymorphism)
定義 將對象的狀態和行為組合在一起,隱藏對象內部實現的細節,只暴露有限的接口供外部訪問 允許定義一個基類,並創建一個或多個派生類,派生類繼承了基類的屬性和方法 同一個操作作用於不同的對象上可以有不同的解釋,即一個接口可以有多個實現
目的 提高程序的安全性,防止外部代碼直接訪問對象內部的狀態,只能通過定義好的接口來操作對象 實現代碼的複用,派生類可以複用基類的代碼,也可以添加或覆蓋基類的方法 提高代碼的靈活性和可擴展性,通過統一的接口來操作不同的對象
實現方式 通過定義私有屬性和公共方法來實現 通過類的繼承來實現,派生類使用super()來調用基類的方法 通過方法的重寫(Override)或者接口實現來實現
例子 類中定義了私有屬性和公共方法,外部代碼只能通過公共方法來操作私有屬性 派生類繼承基類的所有屬性和方法,可以添加或覆蓋基類的方法 不同的類實現相同的方法,通過相同的接口調用不同類的方法

從上表可以看出,封裝、繼承和多態是面向對象編程的三大特性,它們各有不同的目的和實現方式,但都旨在提高代碼的可維護性和可擴展性。

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