Python 程式札記 : 物件導向的基本概念

物件導向(OOP)，不僅提供了更結構化的程式碼組織方式，還有助於提高程式碼的可讀性、可重用性和可維護性。本文將介紹物件導向概念中的類別、對象、繼承、封裝和多型，並透過具體範例來展示這些概念如何在實際編程中應用。

類別和對象

類別(Class)

類別是對一組具有相同屬性和行為的對象的抽象。在 Python 中，類別是使用關鍵字 class 定義的。

class MyClass:
    # 類別屬性
    attribute = 0

    # 初始化方法 (__init__)
    # __init__ 是類別的構造函數，用於初始化新創建的對象的屬性。
    def __init__(self, value):
        self.attribute = value  # 使用 self 來訪問類別屬性

    # 方法
    def method(self):
        return self.attribute * 2

對象(Object)

對象是根據類別創建的實例。每個對象都具有類別定義的屬性和行為。

obj = MyClass(10)

# 訪問屬性
print(obj.attribute) # 輸出 10

# 調用方法
print(obj.method()) # 輸出 20

這裡的 self 在 Python 類別的方法中代表當前物件的實例，用於訪問類別的屬性和方法。

實際範例

以下範例展示了如何使用類別和對象來建立學生資料：

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

    def greet(self):
        return f"Hello, my name is {self.name} and I am {self.age} years old."

student1 = Student("Alice", 20)
student2 = Student("Bob", 22)

print(student1.greet()) # 輸出 Hello, my name is Alice and I am 20 years old.
print(student2.greet()) # 輸出 Hello, my name is Bob and I am 22 years old.

繼承、封裝與多型

繼承

繼承是允許一個類別獲得另一個類別的屬性和方法。子類別可以擴展或修改繼承的行為。

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

    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Meow!"

dog = Dog("Rex")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.speak())  # 輸出: Rex says Woof!
print(cat.speak())  # 輸出: Whiskers says Meow!

封裝

封裝是將物件的屬性和行為方法包裝在一起的過程。在 Python 中，封裝通常透過使用私有和受保護的變數來實現，私有變數是通過在變數名前加上雙下劃線來定義的，用於完全隱藏數據和實現細節，防止外部訪問。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.__private_var = "I am a private variable"

    def get_private_var(self):
        return self.__private_var

obj = MyClass()
print(obj.get_private_var())  # 這行可以正常執行
# print(obj.__private_var)    # 這行會產生錯誤

受保護變數是通過在變數名前加上單個下劃線定義的，提供了一定程度的隱藏，但仍允許子類訪問和使用這些變數。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._protected_var = "I am a protected variable"

    def get_protected_var(self):
        return self._protected_var

class SubClass(MyClass):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        print(f"Accessing protected variable from subclass: {self._protected_var}")

obj = MyClass()
print(obj.get_protected_var())  # 可以通過內部方法訪問受保護變數
sub_obj = SubClass()            # 子類可以訪問受保護變數 

多型

多型是指不同類別的物件可以透過相同的介面呈現不同的行為。在 Python 中，這通常是透過方法重寫來實現的。

class Shape:
    def area(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius * self.radius

shapes = [Rectangle(2, 3), Circle(1)]
for shape in shapes:
    print(shape.area())

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