Python：類在面向對象編程中的應用

在Python中，類是面向對象編程的核心概念之一。類定義了對象的屬性和行為。在Python中，我們使用class關鍵字定義一個類，而對象則是根據類定義創建的實例。

一、定義類

在Python中，定義一個類的語法為：

class ClassName:
    def __init__(self, parameters):
        # 初始化方法
        pass

    def method_name(self, parameters):
        # 方法定義
        pass

這裡的__init__是類的構造函數，用來初始化類的屬性。self代表類的實例本身。在類的其他方法中，也要以self作為第一個參數。

以下是一個例子，定義一個Person類：

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

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}. I'm {self.age} years old.")

person = Person("Tom", 25)
person.say_hello()

這個例子中，我們定義了一個Person類，有兩個屬性name和age，以及一個方法say_hello。通過person = Person("Tom", 25)創建了一個Person對象，並調用了say_hello方法。

二、繼承

在Python中，我們可以使用繼承來創建一個新的類，該類繼承了另一個類的屬性和方法。被繼承的類稱為父類，繼承的類稱為子類。

以下是一個例子，定義了一個Student類，它繼承自Person類：

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, grade):
        super().__init__(name, age)  # 調用父類的構造函數
        self.grade = grade

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}. I'm {self.age} years old. I'm in grade {self.grade}.")

student = Student("Amy", 18, 12)
student.say_hello()

這個例子中，我們定義了一個Student類，繼承了Person類的屬性和方法。通過super().__init__(name, age)調用了父類的構造函數，初始化了name和age屬性。並添加了一個新的grade屬性和say_hello方法。

三、多態

多態是面向對象編程中的一個重要概念，指的是相同的接口可以用不同的實例進行實現。在Python中，多態可以通過繼承和方法重寫來實現。

以下是一個例子：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def make_sound(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def make_sound(self):
        print("Bark!")

class Cat(Animal):
    def make_sound(self):
        print("Meow!")

def animal_sound(animal):
    animal.make_sound()

dog = Dog("Tommy")
cat = Cat("Kitty")

animal_sound(dog)  # 輸出"Bark!"
animal_sound(cat)  # 輸出"Meow!"

這個例子中，我們定義了一個Animal類，有一個make_sound方法，但是該方法為空。繼承了Animal類的Dog和Cat類，實現了各自的make_sound方法。animal_sound函數接受一個Animal對象作為參數，調用其make_sound方法，並輸出相應的聲音。

四、封裝

在Python中，封裝是一種將屬性和方法包裝在一起的機制，可以控制類的訪問權限。

以下是一個例子：

class BankAccount:
    def __init__(self, balance, account_number, password):
        self.balance = balance
        self.account_number = account_number
        self.__password = password

    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount

    def withdraw(self, amount, password):
        if password == self.__password:
            self.balance -= amount
        else:
            print("Incorrect password.")

account = BankAccount(1000, "123456789", "password123")

print(account.balance)  # 輸出1000
account.deposit(500)
print(account.balance)  # 輸出1500
account.withdraw(200, "password123")
print(account.balance)  # 輸出1300
account.__password = "new_password"  # __password是私有變量，無法直接訪問或修改
account.withdraw(200, "new_password")  # 輸出"Incorrect password."

這個例子中，我們定義了一個BankAccount類，有三個屬性：balance、account_number和__password。其中，__password是私有變量，無法直接訪問或修改。deposit和withdraw方法可以訪問和修改balance屬性，withdraw方法需要輸入正確的__password才能操作。