2.10 面向对象编程

面向对象编程——Object Oriented Programming，简称OOP，是一种程序设计思想。OOP把对象作为程序的基本单元，一个对象包含了数据和操作数据的函数。

我们通过一个例子理解OOP。下面这个dict字典类型变量表示一个学生的个人信息：

如果需要显示这个学生的年龄，我们就使用print语句：

如果采用面向对象的程序设计思想，我们首选思考的不是程序的执行流程，而是Student这个变量应该被视为一个对象，这个对象拥有name和age这两个属性。如果要打印一个学生的年龄，首先必须创建出这个学生对应的对象，然后，让对象自己把自己的年龄打印出来。

print_age这个函数，在这里我们称之为对象的方法（Method）。面向对象的程序写出来就像这样：

面向对象的设计思想是从自然界中来的，因为在自然界中，类（Class）和实例（Instance）的概念是很自然的。类是一种抽象概念，比如我们定义的类——Student，是指学生这个概念，而实例则是一个个具体的Student，比如，Jack和Rose是两个具体的Student，我们称Jack和Rose为两个实例，两个类Student的实例。

1. 类与实例¶

面向对象最重要的概念就是类（Class）和实例（Instance），必须牢记类是抽象的模板，比如Student类，而实例是根据类创建出来的一个个具体的“对象”，每个对象都拥有相同的方法，但各自的数据可能不同。

举个例子，很多刚大学毕业的学生撰写自己人生的第一份简历的时候，都无从下手。一般的方法是去网站上下载一份“简历模版”，然后在模块空白处填上自己的信息，包括基本信息、毕业院校、工作经验、荣誉奖励等等。模版相当于面向对象编程里的类，填写完个人信息的个人简历，相当于实例。

个人简历是根据模版创建出来的一个具体的“对象”，凡是使用同一个模版的个人简历，都包含同样的结构，但是信息不同）。就像下图，Jack、Rose、Micheal和Steve这4个同学都用了同一个简历模版，只是每个人的个人信息、工作经验、荣誉、兴趣爱好不同。类和实例的关系，也是这样，不同的实例只是它包含的数据不同。

下面我们通过创建简历这个类，来学习类的具体创建方法。

class 类名(继承的父类):
    ############
    # 类的内部  #
    #          #
    #          #
    ############
    pass 

个人简历的英文单词缩写叫CV，我们创建一个名叫CV的类，请注意类名建议首字母使用大写形式。在Python中，定义类是通过class关键字，class后面紧接着是类名，即CV，类名通常是大写开头的单词，紧接着是(object)，表示该类是从哪个类继承下来的，继承的概念我们后面再讲，通常，如果没有合适的继承类，就使用object类，这是所有类最终都会继承的类。

定义好了CV类，就可以根据CV类创建出CV的实例，创建实例是通过类名+()实现的：

可以看到，变量jack_CV指向的就是一个CV的实例，后面的0x10a67a590是内存地址，每个object的地址都不一样，而CV本身则是一个类。

可以自由地给一个实例变量绑定属性，比如，给实例jack_CV绑定一个name属性：

由于类可以起到模板的作用，因此，可以在创建实例的时候，把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法，在创建实例的时候，就把name，age等属性绑上去：

请注意，特殊方法“init”前后分别有两个下划线！！！

注意到__init__方法的第一个参数永远是self，表示创建的实例本身，因此，在__init__方法内部，就可以把各种属性绑定到self，因为self就指向创建的实例本身。

有了__init__方法，在创建实例的时候，就不能传入空的参数了，必须传入与__init__方法匹配的参数，但self不需要传，Python解释器自己会把实例变量传进去：

2.数据封装¶

和普通的函数相比，在类中定义的函数只有一点不同，就是第一个参数永远是实例变量self，并且，调用时，不用传递该参数。除此之外，类的方法和普通函数没有什么区别，所以，你仍然可以用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。

面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。在上面的CV类中，每个实例就拥有各自的name和age这些数据。我们可以通过函数来访问这些数据，比如打印一个学生的成绩：

但是，既然CV实例本身就拥有这些数据，要访问这些数据，就没有必要从外面的函数去访问，可以直接在CV类的内部定义访问数据的函数，这样，就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和CV类本身是关联起来的，我们称之为类的方法：

要定义一个方法，除了第一个参数是self外，其他和普通函数一样。要调用一个方法，只需要在实例变量上直接调用，除了self不用传递，其他参数正常传入：

这样一来，我们从外部看CV类，就只需要知道，创建实例需要给出name和age，而如何打印，都是在CV类的内部定义的，这些数据和逻辑被“封装”起来了，调用很容易，但却不用知道内部实现的细节。

3.访问限制¶

在Class内部，可以有属性和方法，而外部代码可以通过直接调用实例变量的方法来操作数据，这样，就隐藏了内部的复杂逻辑。

但是，从前面CV类的定义来看，外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、age属性：

如果要让内部属性不被外部访问，可以把属性的名称前加上两个下划线__，在Python中，实例的变量名如果以__开头，就变成了一个私有变量（private），只有内部可以访问，外部不能访问，所以，我们把CV类改一改：

改完后，对于外部代码来说，没什么变动，但是已经无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__age了：

这样就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。

但是如果外部代码要获取name和age怎么办？可以给CV类增加get_name和get_age这样的方法：

如果又要允许外部代码修改age怎么办？可以再给Student类增加set_age方法：

你也许会问，原先那种直接通过jack_CV.age = 24也可以修改啊，为什么要定义一个方法大费周折？因为在方法中，可以对参数做检查，避免传入无效的参数：

class Student(object):
    ...

    def set_age(self, age):
      	if type(age) is not int:
            raise ValueError('age should be int type!')
        elif age <= 0 or age >= 100:
            raise ValueError('wrong range, age should be in (0,100)!')
        else:
            self.__age = age

需要注意的是，在Python中，变量名类似__xxx__的，也就是以双下划线开头，并且以双下划线结尾的，是特殊变量，特殊变量是可以直接访问的，不是private变量，所以，不能用__name__、__age__这样的变量名。

有些时候，你会看到以一个下划线开头的实例变量名，比如_name，这样的实例变量外部是可以访问的，但是，按照约定俗成的规定，当你看到这样的变量时，意思就是，“虽然我可以被访问，但是，请把我视为私有变量，不要随意访问”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢？其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name，所以，仍然可以通过_Student__name来访问__name变量：

jack_CV._Student__name

‘Jack Simpson’

但是强烈建议你不要这么干，因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。

总的来说就是，Python本身没有任何机制阻止你干坏事，一切全靠自觉。

最后注意下面的这种错误写法：

jack_CV = CV('Jack Simpson', 59)
jack_CV.get_name()

‘Jack Simpson’

jack_CV.__name = 'New Name' # 设置__name变量！
jack_CV.__name

表面上看，外部代码“成功”地设置了__name变量，但实际上这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量！内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_CV__name，而外部代码给bart新增了一个__name变量。不信试试：

练习：创建个人简历类CV¶

我们创建一个类，名字为CV，它完成个人简历的录入、修改和打印功能。

它包含以下属性：

• 名字，字符串

• 性别，字符串

• 年龄，整形

• 联系方式，字符串

• 毕业院校，列表嵌套了字典，每一条毕业院校包含以下：“开始日期”,“结束日期”, “学校名称”, “专业”, 学位"

• 技能证书，列表

• 兴趣爱好，列表

• 工作经历，列表嵌套了字典，每一条工作经历包含以下信息：“开始日期”,“结束日期”,“工作单位”,“工作描述”

• 荣誉奖励，列表嵌套了字典，每一条荣誉奖励包含以下信息：“日期”,“荣誉名称”

它包含以下方法：

• 打印个人基本信息 print_basic_info()

• 打印学业信息 print_university()

• 打印技能证书 print_skills_certificates()

以上变量名称建议使用英文单词代替。

最后创建一个简历类的实例叫fengkai，并录入以下信息，并打印他的基本信息，学业信息，技能证书

练习：个人简历的set和get方法¶

一名叫Jack的同学，他获得了“普通话二级甲等证书”，属于语言证书类别。请设计一个类完成简历的功能，并实例化：

1）调用Jack.set_certificate(“普通话二级甲等证书”)来添加证书；

2）调用Jack.get_certificate() 返回一个列表，其中包含“普通话二级甲等证书”。