面向对象编程基础：封装与继承

# 1. 面向对象编程概述

## 1.1 面向对象编程的基本概念

面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种常用的编程范式，它将数据与操作数据的方法组合到一个单独的对象中。在面向对象编程中，对象是程序的基本单元，对象之间通过消息传递进行通信。

在面向对象编程中，主要有以下几个基本概念：
- **类（Class）**：用来描述具有相同属性和方法的对象的集合。类定义了对象的属性（数据）和行为（方法）。
- **对象（Object）**：类的实例化结果，是具体的数据实体。对象包含特定数据及对数据的操作。
- **继承（Inheritance）**：允许一个类（子类）基于另一个类（父类）的属性和方法来创建新类。
- **封装（Encapsulation）**：隐藏对象的内部状态，并只提供有限的接口（方法）来操作对象。
- **多态（Polymorphism）**：允许不同类的对象对同一消息做出响应，产生不同的结果。

## 1.2 面向对象编程与其他编程范式的对比

面向对象编程与面向过程编程相比，更加注重对象和数据的关系，更易于维护和扩展。面向对象编程也有利于代码的重用性和可读性，使代码更具有组织性。

## 1.3 面向对象编程的优势与应用场景

面向对象编程具有以下优势：
- **模块化**：将代码划分为逻辑上相对独立的模块，易于管理和维护。
- **重用性**：对象可以被重复使用，提高了代码的重用性。
- **可扩展性**：方便添加新功能，不影响原有代码。
- **抽象性**：可以将对象抽象为类，简化复杂性。
- **维护性**：易于维护和调试。

面向对象编程适用于各种软件开发场景，特别适用于大型和复杂的系统开发，如企业应用、游戏开发等。

# 2. 封装的概念与实践

### 2.1 封装的定义与原理
封装是面向对象编程的基本特征之一，指的是将数据和操作数据的方法捆绑在一起，形成一个独立的实体，防止外部直接访问对象的内部数据，只能通过对象提供的接口来访问和修改数据，从而增强数据的安全性和灵活性。

封装的原理是通过将数据进行封装隐藏，只暴露必要的接口给外部使用，内部细节对外部不可见。这样可以有效地控制数据的访问权限，避免未经授权的操作。

# 封装的实现示例
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name  # 将姓名封装为私有属性
        self.__age = age    # 将年龄封装为私有属性

    def get_name(self):
        return self.__name

    def set_name(self, name):
        self.__name = name

    def get_age(self):
        return self.__age

    def set_age(self, age):
        if 0 < age < 150:
            self.__age = age
        else:
            print("Invalid age")

# 创建一个Person对象
p = Person("Alice", 30)
print(p.get_name())  # 输出：Alice
p.set_age(200)       # 输出：Invalid age

代码总结：在上面的示例中，属性`name`和`age`被封装为`Person`类的私有属性，外部无法直接访问，只能通过提供的公开方法进行访问和修改。

结果说明：代码执行后，可以成功调用`get_name()`方法获取姓名，但无法直接访问`__name`属性。设置年龄为200时，因为年龄不合法，会输出"Invalid age"。

### 2.2 封装的实现方法与方式
封装可以通过属性和方法来实现。属性封装一般使用私有属性以"__"开头来限制外部访问，通过公有的getter和setter方法来访问和修改属性。方法封装则是将方法定义在类中，通过类的实例来调用，外部无法直接访问方法的实现细节。

// 封装的实现示例（Java）
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age > 0 && age < 150) {
            this.age = age;
        } else {
            System.out.println("Invalid age");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        p.setName("Bob");
        System.out.println(p.getName());  // 输出：Bob
        p.setAge(200);