高级语言程序设计（Python）- 面向对象编程概念

# 1. 面向对象编程基础概念

面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）是一种程序设计范式，它以对象（实体）和对象之间的交互为基础，来设计和编写应用程序。在本章中，我们将介绍面向对象编程的基础概念，包括类与对象的概念，属性与方法的定义，以及封装、继承与多态的原理与实现。

## 1.1 类与对象的概念

在面向对象编程中，类是用来描述具有相似特性和行为的对象的模板，它定义了对象的属性和方法。对象是类的实例，它是具体的存在，拥有类定义的属性和方法。

## 1.2 属性与方法的定义

类中的属性是描述对象特征的变量，而方法是描述对象行为的函数。通过属性和方法，我们可以对对象的状态进行操作和管理。

## 1.3 封装、继承与多态的原理与实现

封装是指将数据和方法封装在类的内部，通过接口进行访问，从而保护数据和实现细节。继承允许一个类继承另一个类的特性和行为，从而可以重用代码并扩展类的功能。多态允许不同对象对同一消息做出响应，做到了接口统一的表现。

以上是面向对象编程基础概念的简要介绍。接下来，我们将深入学习Python中的面向对象编程基础。

# 2. Python中的面向对象编程基础

Python是一种支持面向对象编程范式的高级语言，通过Python可以轻松地创建类和对象，定义属性和方法，并实现封装、继承和多态等面向对象编程的基本概念。本章将深入探讨Python中面向对象编程的基础知识，并且通过具体示例来加深理解。

## 2.1 创建类与实例对象

在Python中，使用`class`关键字可以定义类，而使用`__init__`方法可以初始化类的实例对象。下面是一个简单的示例：

class Car:
    def __init__(self, brand, model):
        self.brand = brand
        self.model = model

    def display_info(self):
        print(f"This car is {self.brand} {self.model}")

# 创建实例对象
car1 = Car("Toyota", "Camry")
car2 = Car("Tesla", "Model S")

# 调用实例方法
car1.display_info()  # 输出：This car is Toyota Camry
car2.display_info()  # 输出：This car is Tesla Model S

在上面的示例中，我们定义了一个名为`Car`的类，其中包含`__init__`方法和`display_info`方法。通过`Car`类创建了两个实例对象`car1`和`car2`，并分别调用了`display_info`方法。

## 2.2 实例属性与类属性

在Python中，通过给实例对象绑定属性可以动态地为该实例对象添加属性。同时，类属性是被所有实例对象共享的属性。下面是一个示例：

class Dog:
    kind = 'canine'  # 类属性

    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 实例属性

# 创建实例对象
dog1 = Dog("Buddy")
dog2 = Dog("Miles")

# 访问实例属性和类属性
print(dog1.name)  # 输出：Buddy
print(dog2.name)  # 输出：Miles
print(dog1.kind)  # 输出：canine
print(dog2.kind)  # 输出：canine

在上面的示例中，`kind`是`Dog`类的类属性，而`name`是实例对象`dog1`和`dog2`的实例属性。

## 2.3 实例方法与类方法

Python中的实例方法第一个参数通常是`self`，通过`self`可以访问实例对象的属性。而类方法使用`@classmethod`装饰器来定义，并使用第一个参数`cls`来访问类属性。以下是一个示例：

class Student:
    school = "ABC High School"  # 类属性

    @classmethod
    def display_school(cls):
        print(f"This student is from {cls.school}")

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def display_info(self):
        print(f"{self.name} is {self.age} years old")

# 创建实例对象
student1 = Student("Alice", 15)
student2 = Student("Bob", 16)

# 调用实例方法和类方法
student1.display_info()       # 输出：Alice is 15 years old
student2.display_info()       # 输出：Bob is 16 years old
Student.display_school()      # 输出：This student is from ABC High School

在上面的示例中，`display_school`是`Student`类的类方法，通过`@classmethod`装饰器来定义。

## 2.4 重写父类方法与方法重载

在Python中，子类可以重写父类的方法，也可以通过方法重载实现不同的调用。以下是一个简单的示例：

class Animal:
    def sound(self):
        print("This is an animal sound")

class Dog(Animal):
    def sound(self):
        print("This is a dog's bark")

class Cat(Animal):
    def sound(self):
        print("This is a cat's meow")

# 创建实例对象
animal = Animal()
dog = Dog()
cat = Cat()

# 调用方法
animal.sound()  # 输出：This is an animal sound
dog.sound()     # 输出：This is a dog's bark
cat.sound()     # 输出：This is a cat's meow

在上面的示例中，`Dog`类和`C