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Python超細致探究面向對象_python

作者：五包辣條！ ? 更新時間： 2022-08-20 編程語言

前言

面向對象編程對初學者來說不難理解但很難應用，雖然我們?yōu)榇蠹铱偨Y過面向對象的三步走方法（定義類、創(chuàng)建對象、給對象發(fā)消息），但是說起來容易做起來難。大量的編程練習和閱讀優(yōu)質的代碼可能是這個階段最能夠幫助到大家的兩件事情。 接下來我們還是通過經典的案例來剖析面向對象編程的知識，同時也通過這些案例為大家講解如何運用之前學過的Python知識。

撲克游戲。

說明：簡單起見，我們的撲克只有52張牌（沒有大小王），游戲需要將52張牌發(fā)到4個玩家的手上，每個玩家手上有13張牌，按照黑桃、紅心、草花、方塊的順序和點數(shù)從小到大排列，暫時不實現(xiàn)其他的功能。

使用面向對象編程方法，首先需要從問題的需求中找到對象并抽象出對應的類，此外還要找到對象的屬性和行為。當然，這件事情并不是特別困難，我們可以從需求的描述中找出名詞和動詞，名詞通常就是對象或者是對象的屬性，而動詞通常是對象的行為。撲克游戲中至少應該有三類對象，分別是牌、撲克和玩家，牌、撲克、玩家三個類也并不是孤立的。類和類之間的關系可以粗略的分為is-a關系（繼承）、has-a關系（關聯(lián)）和use-a關系（依賴）。很顯然撲克和牌是has-a關系，因為一副撲克有（has-a）52張牌；玩家和牌之間不僅有關聯(lián)關系還有依賴關系，因為玩家手上有（has-a）牌而且玩家使用了（use-a）牌。

牌的屬性顯而易見，有花色和點數(shù)。我們可以用0到3的四個數(shù)字來代表四種不同的花色，但是這樣的代碼可讀性會非常糟糕，因為我們并不知道黑桃、紅心、草花、方塊跟0到3的數(shù)字的對應關系。如果一個變量的取值只有有限多個選項，我們可以使用枚舉。與C、Java等語言不同的是，Python中沒有聲明枚舉類型的關鍵字，但是可以通過繼承enum模塊的Enum類來創(chuàng)建枚舉類型，代碼如下所示。

from enum import Enum
class Suite(Enum):
    """花色(枚舉)"""
    SPADE, HEART, CLUB, DIAMOND = range(4)

通過上面的代碼可以看出，定義枚舉類型其實就是定義符號常量，如SPADE、HEART等。每個符號常量都有與之對應的值，這樣表示黑桃就可以不用數(shù)字0，而是用Suite.SPADE；同理，表示方塊可以不用數(shù)字3， 而是用Suite.DIAMOND。注意，使用符號常量肯定是優(yōu)于使用字面常量的，因為能夠讀懂英文就能理解符號常量的含義，代碼的可讀性會提升很多。Python中的枚舉類型是可迭代類型，簡單的說就是可以將枚舉類型放到for-in循環(huán)中，依次取出每一個符號常量及其對應的值，如下所示。

for suite in Suite:
    print(f'{suite}: {suite.value}')

接下來我們可以定義牌類。

class Card:
    """牌"""
    def __init__(self, suite, face):
        self.suite = suite
        self.face = face
    def __repr__(self):
        suites = '????'
        faces = ['', 'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K']
        # 根據(jù)牌的花色和點數(shù)取到對應的字符
        return f'{suites[self.suite.value]}{faces[self.face]}'

可以通過下面的代碼來測試下Card類。

card1 = Card(Suite.SPADE, 5)
card2 = Card(Suite.HEART, 13)
print(card1, card2)    # ?5 ?K

接下來我們定義撲克類。

import random
class Poker:
    """撲克"""
    def __init__(self):
        # 通過列表的生成式語法創(chuàng)建一個裝52張牌的列表
        self.cards = [Card(suite, face) for suite in Suite
                      for face in range(1, 14)]
        # current屬性表示發(fā)牌的位置
        self.current = 0
    def shuffle(self):
        """洗牌"""
        self.current = 0
        # 通過random模塊的shuffle函數(shù)實現(xiàn)列表的隨機亂序
        random.shuffle(self.cards)
    def deal(self):
        """發(fā)牌"""
        card = self.cards[self.current]
        self.current += 1
        return card
    @property
    def has_next(self):
        """還有沒有牌可以發(fā)"""
        return self.current < len(self.cards)

可以通過下面的代碼來測試下Poker類。

poker = Poker()
poker.shuffle()
print(poker.cards)

定義玩家類。

class Player:
    """玩家"""
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.cards = []
    def get_one(self, card):
        """摸牌"""
        self.cards.append(card)
    def arrange(self):
        self.cards.sort()

創(chuàng)建四個玩家并將牌發(fā)到玩家的手上。

poker = Poker()
poker.shuffle()
players = [Player('東邪'), Player('西毒'), Player('南帝'), Player('北丐')]
for _ in range(13):
    for player in players:
        player.get_one(poker.deal())
for player in players:
    player.arrange()
    print(f'{player.name}: ', end='')
    print(player.cards)

執(zhí)行上面的代碼會在player.arrange()那里出現(xiàn)異常，因為Player的arrange方法使用了列表的sort對玩家手上的牌進行排序，排序需要比較兩個Card對象的大小，而<運算符又不能直接作用于Card類型，所以就出現(xiàn)了TypeError異常，異常消息為：'<' not supported between instances of 'Card' and 'Card'。

為了解決這個問題，我們可以對Card類的代碼稍作修改，使得兩個Card對象可以直接用<進行大小的比較。這里用到技術叫運算符重載，Python中要實現(xiàn)對<運算符的重載，需要在類中添加一個名為__lt__的魔術方法。很顯然，魔術方法__lt__中的lt是英文單詞“l(fā)ess than”的縮寫，以此類推，魔術方法__gt__對應>運算符，魔術方法__le__對應<=運算符，__ge__對應>=運算符，__eq__對應==運算符，__ne__對應!=運算符。

修改后的Card類代碼如下所示。

class Card:
    """牌"""
    def __init__(self, suite, face):
        self.suite = suite
        self.face = face
    def __repr__(self):
        suites = '????'
        faces = ['', 'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K']
        # 根據(jù)牌的花色和點數(shù)取到對應的字符
        return f'{suites[self.suite.value]}{faces[self.face]}'
    def __lt__(self, other):
        # 花色相同比較點數(shù)的大小
        if self.suite == other.suite:
            return self.face < other.face
        # 花色不同比較花色對應的值
        return self.suite.value < other.suite.value

說明： 大家可以嘗試在上面代碼的基礎上寫一個簡單的撲克游戲，如21點游戲（Black Jack），游戲的規(guī)則可以自己在網上找一找。

工資結算系統(tǒng)。

要求：某公司有三種類型的員工，分別是部門經理、程序員和銷售員。需要設計一個工資結算系統(tǒng)，根據(jù)提供的員工信息來計算員工的月薪。其中，部門經理的月薪是固定15000元；程序員按工作時間（以小時為單位）支付月薪，每小時200元；銷售員的月薪由1800元底薪加上銷售額5%的提成兩部分構成。

通過對上述需求的分析，可以看出部門經理、程序員、銷售員都是員工，有相同的屬性和行為，那么我們可以先設計一個名為Employee的父類，再通過繼承的方式從這個父類派生出部門經理、程序員和銷售員三個子類。很顯然，后續(xù)的代碼不會創(chuàng)建Employee 類的對象，因為我們需要的是具體的員工對象，所以這個類可以設計成專門用于繼承的抽象類。Python中沒有定義抽象類的關鍵字，但是可以通過abc模塊中名為ABCMeta 的元類來定義抽象類。關于元類的知識，后面的課程中會有專門的講解，這里不用太糾結這個概念，記住用法即可。

from abc import ABCMeta, abstractmethod
class Employee(metaclass=ABCMeta):
    """員工"""
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @abstractmethod
    def get_salary(self):
        """結算月薪"""
        pass

在上面的員工類中，有一個名為get_salary的方法用于結算月薪，但是由于還沒有確定是哪一類員工，所以結算月薪雖然是員工的公共行為但這里卻沒有辦法實現(xiàn)。對于暫時無法實現(xiàn)的方法，我們可以使用abstractmethod裝飾器將其聲明為抽象方法，所謂抽象方法就是只有聲明沒有實現(xiàn)的方法，聲明這個方法是為了讓子類去重寫這個方法。接下來的代碼展示了如何從員工類派生出部門經理、程序員、銷售員這三個子類以及子類如何重寫父類的抽象方法。

class Manager(Employee):
    """部門經理"""
    def get_salary(self):
        return 15000.0
class Programmer(Employee):
    """程序員"""
    def __init__(self, name, working_hour=0):
        super().__init__(name)
        self.working_hour = working_hour
    def get_salary(self):
        return 200 * self.working_hour
class Salesman(Employee):
    """銷售員"""
    def __init__(self, name, sales=0):
        super().__init__(name)
        self.sales = sales
    def get_salary(self):
        return 1800 + self.sales * 0.05

上面的Manager、Programmer、Salesman三個類都繼承自Employee，三個類都分別重寫了get_salary方法。重寫就是子類對父類已有的方法重新做出實現(xiàn)。相信大家已經注意到了，三個子類中的get_salary各不相同，所以這個方法在程序運行時會產生多態(tài)行為，多態(tài)簡單的說就是調用相同的方法，不同的子類對象做不同的事情。

我們通過下面的代碼來完成這個工資結算系統(tǒng)，由于程序員和銷售員需要分別錄入本月的工作時間和銷售額，所以在下面的代碼中我們使用了Python內置的isinstance函數(shù)來判斷員工對象的類型。我們之前講過的type函數(shù)也能識別對象的類型，但是isinstance函數(shù)更加強大，因為它可以判斷出一個對象是不是某個繼承結構下的子類型，你可以簡答的理解為type函數(shù)是對對象類型的精準匹配，而isinstance函數(shù)是對對象類型的模糊匹配。

emps = [
    Manager('劉備'), Programmer('諸葛亮'), Manager('曹操'), 
    Programmer('荀彧'), Salesman('呂布'), Programmer('張遼'),
]
for emp in emps:
    if isinstance(emp, Programmer):
        emp.working_hour = int(input(f'請輸入{emp.name}本月工作時間: '))
    elif isinstance(emp, Salesman):
        emp.sales = float(input(f'請輸入{emp.name}本月銷售額: '))
    print(f'{emp.name}本月工資為: ￥{emp.get_salary():.2f}元')

總結

面向對象的編程思想非常的好，也符合人類的正常思維習慣，但是要想靈活運用面向對象編程中的抽象、封裝、繼承、多態(tài)需要長時間的積累和沉淀，這件事情無法一蹴而就，屬于“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”的東西。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/AI19970205/article/details/125392011

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