Python筆記(11)-類別與物件

Python筆記(11)-類別與物件

這個章節要介紹類別與物件的概念，舉個例子：一個實體的＂人＂他可能屬於男生，也可能屬於女生，這種性別的概念我們稱為這個實體的＂人＂的特徵。另外，一個實體的＂人＂會＂說話＂，＂說話＂我們稱為這個實體的人的行為。從上面的例子，實體的＂人＂稱為物件，＂人＂稱為類別，而＂人＂的特徵跟行為我們稱為屬性(attribute)和方法(method)，換句話說，類別是個抽象的概念，是用來定義一個物件該有的屬性(attribute)和方法(method)，而物件則是類別實體化(instance)。

使用類別概念撰寫程式可以讓我們建立更具有結構性和可維護性的程式碼，同時也能夠提高程式碼的可重用性和擴展性。

類別具有封裝(encapsulation)、繼承(inheritance)、多型(polymorpgism)特性，我們以下會使用簡單的例子說明封裝、繼承、多型的概念與用法。

11.1 類別的程式基本架構與封裝

我們說過類別是用來定義物件的屬性與方法，所以我們必須了解程式結構中哪個地方是設定屬性，哪個地方是設定方法，請看以下範例:

以上是一個動物的類別，__init__()是Python中的一個特殊方法，也稱為構造函數或初始化方法。它在建立新的物件時自動呼叫，並用於設置物件的屬性。在__init__()中self是必要的且必須放在最前面，他代表被建立的物件，self後面放的參數就是屬性，以上面的例子，n就是代表名字的屬性，也就是說我們建立一個實體動物物件時，我們有一個參數可以輸入，而這個參數代表幫這個動物物件取的名字，而我們可以用物件.name的方式知道該動物物件的名字。sing(self)代表另一個方法，是我們為這個動物類別定義的一個方法(唱歌的行為)，代表動物類別產生的物件都會這個行為，我們可以使用物件.sing()的方式使這個物件執行這個行為。以下是執行的範例：

我們再給一個比較複雜的例子，當中有兩個屬性(name,age)，兩個方法(grow(),sing())，其中grow()的方法是可以讓物件的年紀成長的功能。

對於屬性值我們可以設定公用屬性或者私用屬性，公用屬性代表可以在物件建立後還可以直接修改，如果是私用屬性，則在物件建立後無法再修改屬性值。

以上的範例中，name的屬性就是公用屬性，所以當Bird=Animal("小鳥",1)被執行，代表Bird這個物件他的名字叫小鳥，使用Bird.name即可得知。但如果我們執行Bird.name="麻雀"，此時Bird這個物件他的名字就被改成麻雀了。請參考以下結果。

這時候我們就會繼續往下追問，私有屬性該如何設定，其實就是將self.name改成self.__name，此時一旦物件建立後無法再修改屬性值。請參考以下範例。

雖然私用屬性無法在物件建立後直接修改，但我們可以在類別定義一個修改名字的方法，利用呼叫這個方法來改名字，如上述程式碼中rename(self,rename)方法，請參考以下程式執行結果。

有私有屬性當然也會有私有方法，請看以下程式內容：

以上__grow()就是私有方法，在物件建立後就無法使用了，所以就沒有讓物件的年紀成長。但述如果還是想要有這個功能的話，除了改為公用方法外，就是在定義一個方法去呼叫__grow()進而達到年紀成長的功能，也就是上述程式碼中的grow2()方法。以上這種在類別中使用私有屬性與私有方法的概念就稱為封裝。

11.2 繼承

如有有一個類別A可以延續使用類別B所定義的屬性與方法，我們就稱類別A是類別B的子類別(child class)，而類別B稱為父類別(parent class)。這樣類別的設計概念就稱為繼承。我們用以下的例子說明類別繼承的程式基本架構：

以上的例子，我們一開始先建立Animal的類別，在裡面的定義了兩個屬性，三個方法。接下來我們見了一個Animal的一個子類別Bird(Animal)，在Bird(Animal)類別中的定義了name,age,specy三個屬性，其中name,age這兩個屬性在Animal類別中有被定義，所以可以被繼承下來，要繼承父類別的屬性，就必須在__init__()前面加上super()，也就是super().__init__(self,name,age)這種寫法，但specy這個屬性在父類別中沒有被定義，所以無法使用繼承。

由程式執行的結果可以看到，Bird(Animal)類別中我們沒有定義sing()的方法，但他仍舊可以使用Animal類別中sing()的方法，這就是因為繼承帶來的好處。

我們再來看一個例子，這個例子我們在父類別與子類別都定義了想同的方法sing()，這時候子類別如果要呼叫sing()方法，此時會執行子類別中的sing()方法，而不會執行父類別的sing()。另外，我們在這個例子中特意在父類別中把age設計成私有屬性，就我們之前所說的，私有屬性在物件建立後是不能被修改的，無法直接被呼叫，所以在子類別要使用self.__age來取得age是無法的，所以我們在父類別建立一個取得age的方法getAge()方法且用return的方式回傳self.__age值，而這樣子類別就可以使用getAge()方法來取得age。

11.3 多型

多型是指多個類別(不一定要有父子類別的關係)可以具有共同的方法名稱，

而且可以有不同的功能，我們用以下的例子作為說明：

我們建立了3個類別，Animal(), Plane(), Bird(Animal)這三個類別都有定義fly()方法且內容都不一樣，這就是多型的概念。

三個物件同時呼叫相同fly()方法，但是輸出結果不同。

11.4 多重繼承

一個子類別可以繼承多個父類別，這種概念就叫做多重繼承。如果父類別有相同的屬性或方法的話，則會從同一階層的父類別由左至右搜尋。我們用以下的例子進行說明:

Child類別是Father與Mother類別的子類別且這個類別沒有定義任何屬性與方法，此時Child要呼叫say()方法時，輸出結果會是Father中定義的say()方法，因為Father與Mother類別都有say()方法且位於同一階層的父類別又程式會從左邊開始搜尋say()方法，故會先找到Father中定義的say()方法。

11.5 類別的簡單範例

我們定義Retangle與Triangle兩個類別，其中Triangle是Retangle的子類別，Retangle中定義了兩個屬性(長與寬)，方法(面積與周長)，Triangle繼承了Retangle兩個屬性並增加一個屬性(三邊長)，與Retangle有相同的方法，但內容截然不同。