Python 的物件導向程式設計 (Object-Oriented Programming, OOP) 是其最強大和靈活的特性之一。通過 OOP 的思想，我們可以組織、抽象並簡化程式碼結構，以達到更好的可維護性和可擴展性。本篇教學文章將深入介紹 Python 中的類別與物件、繼承、多型、封裝等面向對象的核心概念，並詳細解說方法與屬性的使用。
1. 類別與物件
在 Python 中，類別 是一種模版，用於定義某種對象應該具有的屬性和方法；物件 是類別的實例化結果，每個物件都可以有自己的屬性數據。
1.1 類別定義與物件實例化
我們可以使用class 關鍵字來定義一個類別，並在類別內部定義屬性與方法。# 定義類別
class Dog:
# 初始化方法，用於設置物件屬性
def __init__(self, name, age):
self.name = name # 屬性
self.age = age # 屬性
# 方法：定義物件行為
def bark(self):
print(f"{self.name} says: Woof!")
# 創建物件（實例化類別）
my_dog = Dog("Buddy", 3)
print(f"My dog's name is {my_dog.name} and he's {my_dog.age} years old.")
my_dog.bark()
在這段程式碼中：
Dog是一個類別，定義了狗的name和age屬性，並且有一個bark()方法。__init__方法稱為 初始化方法，每當創建物件時自動調用，以設置物件的初始屬性值。my_dog是Dog類別的物件，它的name是 "Buddy"，age是 3，並可以調用bark()方法。
2. 屬性與方法
2.1 屬性
屬性可以理解為物件的特徵或狀態，例如「年齡」或「名字」。在 Python 中，屬性通常在初始化方法 __init__ 中使用 self 進行定義：
class Car:
def __init__(self, model, year):
self.model = model
self.year = year
2.2 方法
方法是定義在類別中的函式，用於描述物件的行為。方法的第一個參數通常為 self，表示對當前物件的引用。
class Car:
def __init__(self, model, year):
self.model = model
self.year = year
def start(self):
print(f"{self.model} is starting.")
# 使用方法
my_car = Car("Toyota", 2020)
my_car.start()
3. 繼承 (Inheritance)
繼承 是一種將現有類別的屬性和方法傳承至新類別的方式。通過繼承，子類別可以獲得父類別的屬性和方法，同時也能新增自己的屬性和方法。
class Animal:
def __init__(self, name):
self.name = name
def speak(self):
print("Some sound")
class Dog(Animal): # Dog 繼承 Animal 類別
def speak(self): # 覆寫父類別方法
print(f"{self.name} says: Woof!")
class Cat(Animal): # Cat 繼承 Animal 類別
def speak(self): # 覆寫父類別方法
print(f"{self.name} says: Meow!")
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")
dog.speak() # Buddy says: Woof!
cat.speak() # Whiskers says: Meow!
這裡，Dog 和 Cat 都繼承了 Animal 的屬性和方法，但覆寫了 speak() 方法，以提供各自的特定行為。
4. 多型 (Polymorphism)
多型 允許不同類別的物件在呼叫相同方法時表現出不同的行為。在 Python 中，多型的概念通常與繼承和方法覆寫結合使用。
在上例中，Dog 和 Cat 都擁有 speak() 方法。無論哪一種物件，當我們呼叫 speak() 時，它們會各自表現出不同的行為，這就是多型。
# 定義一個接受多型的函式
def animal_sound(animal):
animal.speak()
animal_sound(dog) # Buddy says: Woof!
animal_sound(cat) # Whiskers says: Meow!
這樣，我們可以通過 animal_sound 函數對不同類別的物件進行相同的操作，這就是多型的應用。
5. 封裝 (Encapsulation)
封裝 是將類別的屬性和方法保護起來，使得它們無法在類別外部被直接訪問和修改。這樣可以限制外部程式對類別內部的干涉，確保數據的安全性。Python 透過以下方式來實現封裝：
- 單下劃線
_attribute：屬性或方法被視為「保護」。 - 雙下劃線
__attribute：屬性或方法被視為「私有」。
class Account:
def __init__(self, owner, balance):
self.owner = owner
self.__balance = balance # 私有屬性
def deposit(self, amount):
self.__balance += amount
def get_balance(self):
return self.__balance
account = Account("John", 100)
account.deposit(50)
print(account.get_balance()) # 150
在此例中，__balance 是一個私有屬性，外部無法直接存取，只能透過 get_balance 取得。
6. 綜合範例：完整的類別設計
綜合以上概念，以下是一個使用類別、屬性、方法、繼承、多型及封裝的完整範例：
class Employee:
def __init__(self, name, salary):
self.name = name
self.__salary = salary # 私有屬性
def get_salary(self):
return self.__salary
def work(self):
print(f"{self.name} is working.")
class Manager(Employee): # 繼承 Employee
def work(self): # 覆寫方法
print(f"{self.name} is managing.")
class Developer(Employee): # 繼承 Employee
def work(self): # 覆寫方法
print(f"{self.name} is developing.")
def employee_task(employee):
employee.work()
manager = Manager("Alice", 5000)
developer = Developer("Bob", 4000)
# 執行工作
employee_task(manager) # Alice is managing.
employee_task(developer) # Bob is developing.
# 獲取薪水
print(manager.get_salary()) # 5000
print(developer.get_salary()) # 4000
此範例展示了：
- 類別與物件：
Employee、Manager和Developer類別。 - 屬性與方法：
name屬性和work()方法。 - 繼承：
Manager和Developer繼承自Employee。 - 多型：
employee_task()函數接收不同類別的物件並執行其work()方法。 - 封裝：
__salary屬性為私有屬性，外部無法直接存取。
小結
Python 的物件導向程式設計可以讓我們在處理複雜專案時，更加組織化和模組化。透過類別與物件、繼承、多型和封裝，我們能夠創建靈活的程式碼結構，使程式易於擴展與維護。學習 OOP 會讓你的 Python 程式設計技能更上層樓，使你能夠處理更為複雜的專案需求。
