Python中類的定義和使用

一、類的定義

Python中類的定義通過關鍵字”class”實現，可以使用類名來創建該類的對象。通過類的定義，定義了一些變量和方法(函數)，這些變量和方法被稱為類的屬性(property)。這些屬性可以在類的內部和外部訪問(但建議限制外部訪問)。

# 創建一個簡單的類
class Person:
    name = ""
    age = 0
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        
    def print_info(self):
        print("Name:", self.name)
        print("Age:", self.age)

上述代碼中，我們定義了一個名為”Person”的類。該類包含兩個屬性”name”和”age”，以及一個方法”print_info()”。同時，我們在類的定義中使用了關鍵字”__init__”，這是一個特殊方法，用於實例化一個對象時初始化對象屬性。

類的定義提供了面向對象編程的基礎。通過類的繼承和多態等特性，可以實現更加靈活的編程。

二、類的實例化

類的實例化可以通過類名加括號的方式完成，括號內可以傳遞一個或多個屬性值。當類實例化時，將自動調用”__init__”方法來初始化對象。

# 創建一個Person類的實例
person1 = Person("Alice", 25)

# 輸出對象屬性
person1.print_info()

上述代碼中，我們創建了一個名為”person1″的對象，通過調用”Person”類並傳遞”name”和”age”的值來實現對象的屬性初始化。我們可以通過調用”print_info()”方法來輸出對象的屬性。

三、類的屬性和方法

1. 類的屬性

類的屬性是定義在類的內部的變量，可以通過類名和對象名進行訪問。類屬性可以在類定義之外修改，在不同對象之間是共享的。

# 修改類的屬性
Person.name = "Bob"

# 創建另一個Person類的實例
person2 = Person("Charles", 30)

# 輸出對象屬性
print(person1.name)  # Output: "Bob"
print(person2.name)  # Output: "Bob"

2. 類的方法

類的方法是定義在類的內部的函數，可以通過類名和對象名進行訪問。類的方法可以在類的內部和外部被訪問，在類的方法中可以訪問類的屬性。

# 修改類的方法
class Person:
    name = ""
    age = 0
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        
    def print_info(self):
        print("Name:", self.name)
        print("Age:", self.age)
        
    @classmethod
    def set_name(cls, name):
        cls.name = name

# 調用類的方法
Person.set_name("Alice")

# 創建一個Person類的實例
person1 = Person("Bob", 25)

# 輸出對象屬性
person1.print_info()  # Output: "Name: Bob, Age: 25"
print(person1.name)  # Output: "Alice"

上述代碼中，我們在”Person”類中定義了一個特殊的方法”set_name()”，用於修改類的屬性”name”。通過”@classmethod”裝飾器，將該方法定義為一個類方法。在類方法中，我們可以通過”class”關鍵字來訪問類的屬性。在實例化一個”person1″對象時，對象的”name”屬性被初始化為”Bob”。在執行”set_name()”方法後，類的”name”屬性被修改為”Alice”，同時對象”person1″的”name”屬性也被修改為”Alice”。

四、類的繼承和多態

1. 類的繼承

類的繼承是指在一個已經存在的類的基礎之上，創建一個新的類。新的類繼承了基礎類的所有屬性和方法，並且可以添加新的屬性和方法。通過繼承，可以實現代碼的復用，同時也可以針對不同的需求進行定製化編程。

# 創建一個基礎類
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        print("The animal speaks.")

# 創建一個繼承自Animal類的Cat類
class Cat(Animal):
    def __init__(self, name, color):
        super().__init__(name)
        self.color = color
    
    def speak(self):
        print("Meow")

# 創建一個繼承自Animal類的Dog類
class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, breed):
        super().__init__(name)
        self.breed = breed
    
    def speak(self):
        print("Woof")

# 創建一個Cat類的實例並調用speak()方法
cat = Cat("Fluffy", "white")
cat.speak()  # Output: "Meow"

# 創建一個Dog類的實例並調用speak()方法
dog = Dog("Buddy", "Golden Retriever")
dog.speak()  # Output: "Woof"

上述代碼中，我們定義了一個基礎類”Animal”，並在該類中定義了一個”__init__”方法和一個”speak()”方法。同時，我們在”Animal”基礎類之上創建了兩個新的類”Cat”和”Dog”。這兩個類分別繼承了”Animal”的屬性和方法，並且分別添加了”color”和”breed”屬性以及”speak()”方法的不同實現。在創建”Cad”類和”Dog”類的實例並執行”speak()”方法時，輸出的結果分別為”Meow”和”Woof”。

2. 類的多態

類的多態是指一個基礎類可以有多個子類，並且這些子類可以以不同的方式實現同一個方法。通過多態，可以讓程序更加靈活，同時也可以隔離變化。

# 創建一個基礎類
class Shape:
    def area(self):
        pass

# 創建一個繼承自Shape類的Rectangle類
class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
    
    def area(self):
        return self.width * self.height

# 創建一個繼承自Shape類的Circle類
class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius * self.radius

# 創建不同的形狀類的實例
shapes = [Rectangle(2, 3), Circle(4)]

# 計算面積並輸出結果
for shape in shapes:
    print(shape.area())

上述代碼中，我們定義了一個基礎類”Shape”，並在該類中定義了一個”area()”方法。同時，我們在”Shape”基礎類之上創建了兩個新的類”Rectangle”和”Circle”。這兩個類分別繼承了”Shape”的”area()”方法，並且分別實現了不同的面積計算方法。在創建”shapes”列表時，我們創建了一個”Rectangle”類和一個”Circle”類的實例，並將它們添加到列表中。在計算面積時，我們可以直接遍歷這個列表，並調用每個對象的”area()”方法來計算面積。