Python基础-面向对象

1. 理解面向对象

1.1 什么是面向对象

面向对象（ObjectOriented）的英文缩写是 OO，它是一种设计思想。从 20 世纪 60 年代提出面向对象的概念到现在，它已经发展成为一种比较成熟的编程思想，并且逐步成为目前软件开发领域的主流技术。如我们经常听说的面向对象编程（Object Oriented Programming，即 OOP）就是主要针对大型软件设计而提出的，它可以使软件设计更加灵活，并且能更好地进行代码复用
面向对象中的对象（Object），通常是指客观世界中存在的对象，具有唯一性，对象之间各不相同，各有各的特点，每一个对象都有自己的运动规律和内部状态；对象与对象之间又是可以相互联系、相互作用的。另外，对象也可以是一个抽象的事物，例如，可以从圆形、正方形、三角形等图形抽象出一个简单图形，简单图形就是一个对象，它有自己的属性和行为，图形中边的个数是它的属性，图形的面积也是它的属性，输出图形的面积就是它的行为
概括地讲，面向对象技术是一种从组织结构上模拟客观世界的方法

1.2 什么是对象

对象，是一个抽象概念，英文称作“Object”，表示任意存在的事物。世间万物皆对象！现实世界中，随处可见的一种事物就是对象，对象是事物存在的实体，如一个人，就是一个对象，一辆汽车也是一个对象
通常将对象划分为两个部分，即静态部分与动态部分。静态部分被称为“属性”，任何对象都具备自身属性，这些属性不仅是客观存在的，而且是不能被忽视的，如人的性别，汽车的生产日期等；动态部分指的是对象的行为，即对象执行的动作，如人可以跑步，汽车可以前进和后退
说明：在 Python 中，一切都是对象。即不仅是具体的事物称为对象，字符串、函数等也都是对象。这说明 Python 天生就是面向对象的

2. 类的定义与使用

2.1 什么是类

类是封装对象的属性和行为的载体，反过来说具有相同属性和行为的一类实体被称为类。例如，把雁群比作大雁类，那么大雁类就具备了喙、翅膀和爪等属性，觅食、飞行和睡觉等行为，而一只要从北方飞往南方的大雁则被视为大雁类的一个对象。大雁类和大雁对象的关系如下图所示
在 Python 语言中，类是一种抽象概念，如定义一个大雁类（Geese），在该类中，可以定义每个对象共有的属性和方法；而一只要从北方飞往南方的大雁则是大雁类的一个实例（wildGeese）

2.2 类和实例

类是生产实例的工厂，这有点像一个汽车的设计图和汽车的关系。设计图可以告诉你汽车看上去怎么样，但设计图本身不是一个汽车。你不能开走它，它只能用来建造真正的汽车，而且可以使用它制造很多汽车
类由一些语句组成，但是实例通过调用类生成，每次调用一个类，就得到这个类的新的实例。例如，在现实生活中，我们可以定义一个Employee类，也就是员工类。通过这个类，我们可以产生实际的Employee实例

3. 面向对象的特点

面向对象程序设计具有三大基本特征：封装、继承和多态
封装
- 封装是面向对象编程的核心思想，将对象的属性和行为封装起来，其载体就是类，类通常会对客户隐藏其实现细节，这就是封装的思想。例如，用户使用计算机，只需要使用手指敲击键盘就可以实现一些功能，而不需要知道计算机内部是如何工作的
- 采用封装思想保证了类内部数据结构的完整性，使用该类的用户不能直接看到类中的数据结构，而只能执行类允许公开的数据，这样就避免了外部对内部数据的影响，提高了程序的可维护性
继承
矩形、菱形、平行四边形和梯形等都是四边形。因为四边形与它们具有共同的特征：拥有 4 条边。只要将四边形适当地延伸，就会得到矩形、菱形、平行四边形和梯形 4 种图形。以平行四边形为例，如果把平行四边形看作四边形的延伸，那么平行四边形就复用了四边形的属性和行为，同时添加了平行四边形特有的属性和行为，如平行四边形的对边平行且相等。在 Python 中，可以把平行四边形类看作是继承四边形类后产生的类，其中，将类似于平行四边形的类称为子类，将类似于四边形的类称为父类或超类。值得注意的是，在阐述平行四边形和四边形的关系时，可以说平行四边形是特殊的四边形，但不能说四边形是平行四边形。同理， Python 中可以说子类的实例都是父类的实例，但不能说父类的实例是子类的实例，四边形类层次结构示意图下图所示

综上所述，继承是实现重复利用的重要手段，子类通过继承复用了父类的属性和行为的同时又添加了子类特有的属性和行为
多态
将父类对象应用于子类的特征就是多态。比如创建一个螺丝类，螺丝类有两个属性：粗细和螺纹密度；然后再创建了两个类，一个是长螺丝类，一个短螺丝类，并且它们都继承了螺丝类。这样长螺丝类和短螺丝类不仅具有相同的特征（粗细相同，且螺纹密度也相同），还具有不同的特征（一个长，一个短，长的可以用来固定大型支架，短的可以固定生活中的家具）。综上所述，一个螺丝类衍生出不同的子类，子类继承父类特征的同时，也具备了自己的特征，并且能够实现不同的效果，这就是多态化的结构。螺丝类层次结构示意图如图

4. 命名空间和作用域

4.1 命名空间

在面向对象编程中，经常会提到命名空间的概念。命名空间是从所定义的命名到对象的映射集合。它表示着一个标识符（identifier）的可见范围
例如，设马云是阿里巴巴公司的员工，工号为1，而马化腾是腾讯公司的员工，工号也是1。由于两人在不同的公司工作，可以使用相同的工号来标识而不会造成混乱，这里每个公司就表示一个独立的名字空间。如果两人在同一家公司工作，其工号就不能相同了，否则在支付工资时便会发生混乱
这一特点是使用命名空间的主要理由。在大型的计算机程序或文档中，往往会出现数百或数千个标识符。命名空间提供一隐藏区域标识符的机制。通过将逻辑上相关的标识符组织成相应的名字空间，可使整个系统更加模块化
命名空间因为对象的不同也有所区别，可以分为如下几种
内置命名空间（Built-in Namespaces）：Python运行后，它们就已经存在。内置函数的命名空间都属于内置命名空间，所以可以直接使用他们。如id()和type()等等
全局命名空间（Module:Global Namespaces）：每个模块创建它所独有的命名空间，不同模块的全局命名空间彼此独立，不同模块中相同名称的命名空间，也会因为模块的不同而互不干扰
本地命名空间（Function&Class:LocalNamespaces）：模块中有函数或者类，每个函数或者类所定义的命名空间就是本地命名空间。如果函数返回了结果或者抛出异常，则本地命名空间也结束
以上3种命名空间的关系如下图所示

4.2 作用域

作用域是指Python程序可以直接访问的命名空间。程序也是安装搜索命名空间的顺序，搜索相应空间的能够访问到的作用域。例如：
```
a = 10
def outer():
    print(a)
    def inder():
        b = 20
        return b
outer()
```

上述代码中，变量a属于全局命名空间，可以在outer()和inder()函数内部调用。但是在outer()函数中，return变量b，由于b属于inner()函数的命名空间，所以会抛出错误。运行结果如下图所示

  10
  Traceback (most recent call last):
    File "test.py", line 7, in <module>
      outer()
    File "test.py", line 6, in outer
      return b
  NameError: name 'b' is not defined