面向对象编程
1. 认识面向对象编程
为认识面向对象编程，首先，简要介绍面向过程编程以及函数式编程
1.1 面向过程编程
面向过程是一种以过程为中心的编程思想。分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。
- 特性：
模块化、流程化 - 优点：性能比面向对象高，因为类调用时需要实例化，开销比较大，比较消耗资源；单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等一般采用面向过程开发，性能是最重要的因素。
- 缺点：不易维护、不易复用、不易扩展
1.2 函数式编程
函数式编程将电脑运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是 λ 演算（lambda calculus），而且 λ 演算的函数可以接受函数当作输入（参数）和输出（返回值）。主要思想：把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。
Python主要的编程思想是面向对象的编程，同时也会支持函数式编程，应用有：内置高阶函数的使用，这种把函数名作为参数传入的可以理解为函数式编程的一种使用方式。
1.3 面向对象编程
面向对象是按人们认识客观世界的系统思维方式，把构成问题事务分解成各个对象，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决问题的步骤中的行为。
- 特性：
封装、继承、多态 - 优点： 易维护、易复用、易扩展，由于面向对象有封装、继承、多态性的特性，可以设计出低耦合的系统，使系统更加灵活、更加易于维护
- 缺点： 性能比面向过程低
2. 面向对象编程三大特性
首先认识三个名词：
- 类(class)：是现实或思维世界中的实体在计算机中的反映，它将数据以及这些数据上的操作封装在一起，
类也就是创建实例 (对象) 的模板。 - 对象(Object)：是具有类类型的变量。类和对象是面向对象编程技术中的最基本的概念，
对象也就是一个一个具体的实例。 - 实例化：在面向对象的编程中，
把用类创建对象的过程称为实例化。是将一个抽象的概念类，具体到该类实物的过程。实例化过程中一般由类名 对象名 = 类名（参数1，参数2…参数n）构成。
2.1 封装特性
封装：把对象和属性绑定在一起的操作。顾名思义就是将内容封装到某个地方，以后再去调用被封装在某处的内容。
所以，在使用面向对象的封装特性时，需要：
- 将内容封装到某处
对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法(__init__) 将内容封装到对象中，然后通过对象直接或者 self 间接获取被封装的内容。 - 从某处调用被封装的内容
1). 通过对象直接调用被封装的内容： 对象.属性名
2). 通过self间接调用被封装的内容： self.属性名
3). 通过self间接调用被封装的内容: self.方法名()
[注意]： 构造方法__init__与其他普通方法不同的地方在于，当一个对象被创建后会立即调用构造方法 (即在实例化对象时执行)，自动执行构造方法里面的内容。
类、对象、实例化、构造函数、封装代码示例：
# 类的一般定义
class Student:
# 构造函数的定义，实例化对象的过程中自动执行该构造函数
def __init__(self, name): # self是形参还是实参? - 形参
# 封装的过程：把对象和属性绑定在一起的操作
self.name = name
# self是什么? self实质上实例化出来的对象。系统自动将实例化的对象传递给构造方法。
print("self: ", self)
print("正在运行构造方法........")
# Student --> 类
print("Student: ", Student) # <class '__main__.Student'>
# stu1 --> 对象
stu1 = Student("小红") # 实例化产生对象的过程，其中是否需要传参取决于构造函数的定义
print("stu1: ", stu1)
print("stu1.name: ", stu1.name)
执行结果：
2.2 继承特性
2.2.1 继承 (单继承)
继承：描述的是事物之间的所属关系，当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的 class 继承，新的 class 称为子类、扩展类 (Subclass)，而被继承的 class 称为基类、父类或超类 (Baseclass、Superclass)。
继承的实现、工作机制及其父类方法重写代码示例：
"""
问题一: 如何让实现继承?
子类继承时：即在定义类的时候,小括号()中为父类的名字
问题二: 继承的工作机制是什么?
父类的属性、方法,会被子类继承。
举例如下:
如果子类没有定义__init__方法,父类有,那么在子类继承父类的时候这
个方法就被继承了,
所以只要创建对象,就默认执行了那个继承过来的__init__方法。
问题三：父类方法重写
在子类中定义一个和父类方法相同名字的方法,那么在子类中的方法会覆盖掉
父类中同名的方法。
使用情景：子类需要大部分继承父类中的属性方法以提高代码的复用，但是某
些方法不适用于子类的需求，这个时候需要对父类方法重写
问题四：父类方法重写之调用父类方法
方法一：父类.方法名(self)
方法二：super(子类名, self).方法名
使用情景：子类根据自己的需求在对父类方法重写的过程中，存在为重写方法
继续添加功能的情况，此时需要在重写父类方法的基础上继续调用原有的父类
方法
"""
# 在Python代码中，没有指定父类， 默认继承object类。
# 父类: object 子类: Student
class Student(object):
def __init__(self, name, age, gender):
self.name = name
self.age = age
self.gender = gender
def learn(self):
print("%s正在学习编程......." %(self.name))
# 问题一: 如何让实现继承
# 父类: Student 子类: MathStudent
class MathStudent(Student):
# 问题三：父类方法重写——重写父类的learn方法
def learn(self):
# 问题四：父类方法重写之调用父类方法
# 方法一: 调用父类的方法
# Student.learn(self)
# 方法二: 调用父类的方法, 自动帮当前类寻找父类的名称
super(MathStudent, self).learn()
print("%s正在学习英语....." %(self.name))
# 实例化对象
s1 = Student("小刚", 10, 'male')
print(s1.name)
# 问题二: 继承的工作机制是什么
# 当实例化对象， 子类没有构造方法， 自动调用并执行父类的构造方法。
s2 = MathStudent("拉格朗日", 100, 'male')
# 当子类调用的方法没有的时候， 自动去父类里面寻找并执行。
s2.learn()
执行结果：
2.2.2 多继承
多继承：即子类有多个父类，并且具有它们的特征
新式类与经典类问题：
【py2中：】
# 新式类
class 类名(object):
pass
# 经典类
class 类名:
pass
新式类与经典类最明显的区别在于继承搜索的顺序不同，即：
新式类多继承的搜索顺序(广度优先算法)：先在水平方向查找，然后再向上查找。
经典类多继承的搜索顺序(深度优先算法)：先深入继承树左侧查找，然后再返回，开始查找右侧。
【注意】：“新式类”和“经典类”的区分在Python 3之后就已经不存在，在Python3.x之后的版本，因为所有的类都派生自内置类型object(即使没有显示的继承object类型)，即所有的类都是“新式类”。
2.2.4 私有属性和私有方法
默认情况下，属性在 Python 中都是“public”， 大多数 OO 语言提供“访问控制符”来限定成员函数的访问。
私有属性和私有方法的定义：在 Python 中，实例的变量名如果以 __ (双下划线)开头，就变成了一个私有变量/属性(private)，实例的函数名如果以 __(双下划线) 开头，就变成了一个私有函数/方法(private)只有内部可以访问，外部不能访问。
Python2版本不能直接访问 __属性名是因为 Python 解释器对外把 __属性名 改成了 _类名__属性名 ，所以，仍然可以通过 _类名__属性名 来访问 __属性名 。
ps: 不同版本的 Python 解释器可能会把 __属性名改成不同的变量名。
代码示例：
class Student(object):
"""
需求： 学生成绩保密， 外部不可以访问分数， 只可以访问分数的等级
"""
def __init__(self, name, age, score):
self.name = name
self.age = age
# self.__score是私有属性， 只能在类的内部访问， 类的外部不可以访问。
self.__score = score
def get_level(self):
if 90 <= self.__score <= 100:
return "优秀"
elif 80 <= self.__score < 90:
return "良好"
elif 60 <= self.__score < 80:
return "及格"
else:
return "不及格"
stu1 = Student("小红", 10, 59)
# print(stu1.__score) # 调用私有属性引发错误--> AttributeError: 'Student' object has no attribute '__score'
print("学生分数的等级: ", stu1.get_level()) # 调用私有方法失败
# Python解释器自动将私有属性/私有方法重命名了， 命名方式一般是_类名__属性名、_类名__方法名
print(stu1._Student__score) # 59
私有属性和私有方法的益处：
- 确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。
- 如果需要允许外部代码修改属性怎么办？可以给类增加专门设置属性方法。 之所以如此大费周折是因为在方法中可以实现对参数的检查，避免传入无效的参数。
2.3 多态特性
多态 (Polymorphism)：在面向对象语言中，接口的多种不同的实现方式即为多态。通俗来说， 同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果。
多态的益处在于：当我们需要传入更多的子类，只需要继承父类就可以了，而方法既可以直接用不重写 (即使用父类的)，也可以重写一个特有的。这就是多态的意思。调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种的子类时，只要确保新方法编写正确，而不用管原来的代码。这就是著名的 “开闭”原则：
- 对扩展开放 (Open for extension)：允许子类重写方法函数
- 对修改封闭 (Closed for modification)：不重写，直接继承父类方法函数
