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第5章

面向?qū)ο箢惡蛯ο罄^承類的方法模塊思維導(dǎo)圖知識目標(biāo)掌握掌握掌握理解類和對象的基本概念12掌握類方法的定義、調(diào)用掌握模塊的自定義和導(dǎo)入操作4初步掌握類的繼承3技能目標(biāo)掌握掌握掌握熟練掌握類和對象的基礎(chǔ)編程應(yīng)用12掌握類方法的編程應(yīng)用熟練掌握模塊的編程應(yīng)用4初步學(xué)會類繼承的編程應(yīng)用3思政目標(biāo)

1．

理解傳承與創(chuàng)新的關(guān)系，領(lǐng)會“在傳承中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展”含義。

2．

學(xué)習(xí)老一輩科技工作者矢志創(chuàng)新攻關(guān)、科技自立自強的價值追求。

3．

通過“我國第一臺巨型計算機‘銀河’是如何誕生的”閱讀材料的學(xué)習(xí)，深刻理解二十大報告“集聚力量進行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)”的內(nèi)涵和意義。目錄類的方法5.25.1類和對象5.3繼承5.4模塊知識架構(gòu)5.1類和對象1類的定義2創(chuàng)建和使用對象3學(xué)生實踐練習(xí)5.1類和對象1

類的定義

類是用來描述具有相同的屬性和方法的對象的集合，它定義了該集合中每個對象所共有的屬性和方法，對象是類的實例。class類名:'類的幫助信息'#類文檔字符串

class_suite#類體

類的幫助信息可以通過“類名.__doc__”查看，類體class_suite由類成員、方法和數(shù)據(jù)屬性組成。Python中類的特殊屬性見表5.1?！菊Z法】5.1類和對象1

類的定義

【示例5.1】定義一個Employee員工類#創(chuàng)建員工類classEmployee:"""屬性"""name=""salary=""#構(gòu)造方法def__init__(self,name,salary):"""初始化屬性name和salary"""=nameself.salary=salary#定義顯示員工信息的方法defdisplayEmployee(self):"""輸出員工姓名和工資"""print("姓名:%s,工資：%d"%(,self.salary))5.1類和對象1

類的定義

在上述定義的員工類中，需要注意以下4點：

（1）類似“"""屬性"""”格式的內(nèi)容為文檔字符串，文檔字符串是Python程序中一個很重要的工具，一般為重要的函數(shù)描述，對理解程序文檔和代碼很有幫助。

（2）類中定義的函數(shù)稱為方法，函數(shù)的一切特性都由方法體現(xiàn)，類和方法唯一的區(qū)別是方法的調(diào)用方式。

（3）__init__()方法是類的構(gòu)造方法，Python中通過實現(xiàn)__init__()方法來初始化對象。當(dāng)一個對象被創(chuàng)建時，Python首先需要創(chuàng)建一個空對象，然后為這個新對象調(diào)用__init__()方法。在員工類的__init__()方法中，包含self、name和salary三個形參，注意形參self必不可少，因為創(chuàng)建實例對象時，Python會自動傳入實參self，讓實例能夠訪問類中的屬性和方法。因此，創(chuàng)建員工實例對象時，僅需傳遞name和salary兩個參數(shù)值。5.1類和對象1

類的定義

（4）和self.salary都有前綴self，以self為前綴的變量可以供類中的所有方法使用，還可以通過實例訪問這些變量?！?name”表示獲取形參name值并存儲到類中定義的name屬性中，然后關(guān)聯(lián)到當(dāng)前創(chuàng)建的實例。

（5）員工類中還定義了顯示員工信息的displayEmployee()方法，該方法不需要傳遞參數(shù)，因此只有一個形參self，self的作用與構(gòu)造方法中的形參self作用一致。5.1類和對象2

創(chuàng)建和使用對象

類定義完畢之后，不能直接進行操作，因為類是抽象的概念。需要實例化類來創(chuàng)建類的具體對象。對象是實際的實體，每一個對象都是類的一個具體的實例。在Java語言中，使用關(guān)鍵字“new”來創(chuàng)建，而在Python中并沒有這個關(guān)鍵字。【語法】對象名=類名([構(gòu)造方法的參數(shù)])

在Python程序中，使用__init__()方法作為構(gòu)造方法。通過對象名調(diào)用類中的屬性或方法，需要使用“.”運算符，格式如下：（1）屬性的調(diào)用，使用“對象名.屬性名”。（2）方法的調(diào)用，使用“對象名.方法名([參數(shù)])”5.1類和對象2

創(chuàng)建和使用對象

【示例5.2】創(chuàng)建示例5.1中Employee員工類的對象，并調(diào)用該類中的方法。emp1=Employee("張小明",2500)#創(chuàng)建Employee員工對象print("員工姓名為：",)print("員工工資為：",emp1.salary)emp1.displayEmployee()#調(diào)用類中的displayEmployee方法#創(chuàng)建Employee員工對象emp2=Employee("",2200)="王小燕"#給對象的name屬性重新賦值print("員工姓名為：",)emp2.displayEmployee()#調(diào)用類中的displayEmployee方法5.1類和對象3

學(xué)生實踐練習(xí)

1．需求說明

定義一個歌曲的類，該類包含三個屬性，分別為歌曲名稱（name）、歌手（singer）和歌曲類型（type）。定義一個輸出歌曲詳細信息的方法，創(chuàng)建兩個歌曲對象，并對歌曲對象的屬性賦值，最后輸出兩個歌曲對象的詳細信息。

2．實現(xiàn)思路

（1）定義一個類名為Song的歌曲類。

（2）在類中定義三個屬性和一個輸出歌曲詳細信息的方法。

（3）創(chuàng)建兩個歌曲對象，給對象的屬性賦值，并調(diào)用輸出歌曲詳細信息的方法。知識架構(gòu)5.2類的方法1方法的定義2方法的調(diào)用3構(gòu)造方法4學(xué)生實踐練習(xí)5.2類和方法1

方法的定義

在類中，方法的定義和函數(shù)的定義類似，同樣以def關(guān)鍵字開頭，后接函數(shù)標(biāo)識符名稱和圓括號()。不過在類中的方法必須有個附加參數(shù)self，參數(shù)self指向當(dāng)前對象。class類名:def方法名(self,[參數(shù)]):方法的執(zhí)行語句

例如，定義一個Phone手機類，在類中定義手機名稱和打電話的方法，代碼如下：【語法】classPhone:

name=""defcall(self,name):

print(name,"打電話")

在上述代碼中，類的方法只定義沒有被調(diào)用，因此沒有結(jié)果輸出。5.2類和方法2

方法的調(diào)用

類中的方法調(diào)用要使用“.”運算符，其具體格式為“對象名.方法名([參數(shù)])”。對象名.方法名([參數(shù)])

例如，調(diào)用5.2.1節(jié)中的call方法，代碼如下：【語法】phone1=Phone()phone1.call("王小明")phone2=Phone()phone2.call("張飛燕")5.2類和方法3

構(gòu)造方法

在類定義中有一個特殊的方法，此方法的名稱為__init__，在創(chuàng)建對象時用于對成員變量進行初始化，此類方法被稱為構(gòu)造方法。在一個類中有且只能有一個構(gòu)造方法，在創(chuàng)建對象時，對象名括號中傳入的參數(shù)必須和構(gòu)造函數(shù)中定義的參數(shù)保持一致。class類名:def__init__(self):構(gòu)造方法的執(zhí)行語句

在上述語法中，self參數(shù)必不可少，在創(chuàng)建對象時，會自動傳入實參self。每個與類相關(guān)的方法在創(chuàng)建對象時，都會自動傳入實參self，讓實例對象能夠訪問類中的屬性和方法【語法】5.2類和方法3

構(gòu)造方法

例如，定義一個歌手類，在構(gòu)造方法中對歌手名稱和地區(qū)屬性進行初始化，代碼如下：classSinger:name=""area=""def__init__(self,name,area):=nameself.area=areasinger1=Singer("陳奕迅","中國香港")print("歌手：%s\t地區(qū)：%s"%(,singer1.area))singer2=Singer("張杰","中國")print("歌手：%s\t地區(qū)：%s"%(,singer2.area))5.2類和方法4

學(xué)生實踐練習(xí)

1．需求說明

在許多系統(tǒng)中都有對用戶的管理功能。請模擬系統(tǒng)的用戶管理功能，分別查看用戶列表、添加用戶、根據(jù)ID修改用戶及根據(jù)ID刪除用戶記錄，并模擬根據(jù)用戶名和密碼進行登錄。要求如下：（1）在控制臺選擇操作類型，1表示查詢，2表示添加，3表示修改，4表示刪除，5表示登錄。（2）選擇相應(yīng)操作類型后，提示輸入用戶名和密碼等信息后，實現(xiàn)相應(yīng)的操作，運行結(jié)果如圖5.5所示。5.2類和方法4

學(xué)生實踐練習(xí)

5.2類和方法4

學(xué)生實踐練習(xí)

2．實現(xiàn)思路（1）將用戶信息根據(jù)編號保存在一個字典的對象中。（2）定義一個用戶類，該類包含用戶編號、用戶名和密碼3個屬性，以及定義登錄和顯示用戶信息的方法。（3）創(chuàng)建一個循環(huán)，輸入要選擇的操作類型，如果是添加用戶，則創(chuàng)建一個用戶對象并保存到字典對象中，鍵為隨機產(chǎn)生的用戶ID。（4）選擇查詢操作，則循環(huán)遍歷字典的值列表，然后調(diào)用用戶對象的顯示用戶信息的方法。（5）選擇修改操作，則輸入要修改的用戶編號和修改后的用戶名與密碼，根據(jù)修改的用戶編號找到用戶對象，對用戶對象中的用戶名和密碼屬性重新賦值，就可以實現(xiàn)修改操作。5.2類和方法4

學(xué)生實踐練習(xí)

（6）選擇刪除操作，則需要輸入刪除的用戶編號，使用del關(guān)鍵字刪除對應(yīng)的用戶對象。（7）選擇登錄操作，則需要輸入用戶名和密碼，循環(huán)遍歷所有用戶對象，調(diào)用用戶對象的登錄方法進行用戶登錄，如果登錄成功，則終止循環(huán)，提示用戶登錄成功。運行結(jié)果如圖5.5所示。知識架構(gòu)5.3繼承1繼承的概念2繼承的使用3學(xué)生實踐練習(xí)5.3

繼承1

繼承的概念

學(xué)習(xí)繼承之前，首先看一個例子，假設(shè)定義了Person類，該類中包含名稱、年齡屬性和吃飯的方法。再定義了一個Student學(xué)生類，該類同樣包含名稱、年齡屬性和吃飯的方法，除此之外，Student學(xué)生類還定義了學(xué)習(xí)的方法，代碼如下：classPerson:

'''人的類'''

name=""

age=0

defeat(self):

print(,"正在吃飯")classStudent:

'''學(xué)生類'''

name=""

age=0

defeat(self):

print(,"正在吃飯")

defstudy(self):

print(,"正在學(xué)習(xí)")per1=Person()="張三"per1.eat()stu1=Student()="小明"stu1.study()

定義Person類并調(diào)用的運行結(jié)果如圖5.6所示。5.3

繼承1

繼承的概念

上述的兩個類中存在大量的重復(fù)代碼，不能實現(xiàn)代碼的復(fù)用，同時不易于程序的擴展。如果將每個類中相同的代碼抽取出來建立一個公共類，提供給其他類復(fù)用，這樣會大量減少重復(fù)代碼，實現(xiàn)代碼的復(fù)用。

編寫類時，通過繼承可大大提高代碼的復(fù)用性，減少代碼量，便于程序的后期維護。一個類繼承另一個類時，它將自動獲得另一個類的所有屬性和方法。原有的類稱為父類，而新類稱為子類，子類繼承其父類的所有屬性和方法，同時還可以定義自己的屬性和方法。

繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的一個重要特征，它通過繼承原有類派生出子類，進而構(gòu)造出更為復(fù)雜的子類，子類既有新定義的行為特征，又繼承了原有類的行為特征。

Python中只要滿足is-a的關(guān)系都可以用繼承來表示。例如，老虎、獅子和熊貓都具有動物的基本特征和行為，它們都是動物；老虎、獅子和熊貓等與動物都可以形成繼承的關(guān)系；小汽車、貨車和公共汽車都具有車的基本特征和行為，都可以與車形成繼承關(guān)系。5.3

繼承2

繼承的使用

實現(xiàn)繼承的類稱為子類，被繼承的類稱為父類，也稱為基類、超類。如果一個類繼承另外一個類，則需要在類定義的第一行中的類名的后面加圓括號，在圓括號中的為父類的類名?！菊Z法】class類名(需要繼承的父類名稱):'''類的幫助信息'''#文檔字符串class_suite#類體class_suite由類成員、方法和數(shù)據(jù)屬性組成。5.3

繼承2

繼承的使用

1．子類的構(gòu)造方法__init__()

創(chuàng)建子類的實例時，Python首先需要完成的任務(wù)是給父類的所有屬性賦值。因此，子類的構(gòu)造方法__init__()需要父類施以援手。

例如，創(chuàng)建Person類的構(gòu)造方法，Student學(xué)生類繼承自Person類，也定義構(gòu)造方法__init__()，代碼如下：classPerson:

name=""

age=0

#構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

=name

self.age=age

defeat(self):

print(,"正在吃飯")classStudent(Person):#繼承自Person類

#子類的構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

super().__init__(name,age)#使用super()函數(shù)關(guān)聯(lián)父類和子類5.3

繼承2

繼承的使用

在上述代碼中，Person類是父類，Student學(xué)生類是繼承自Person類的子類。Person類的構(gòu)造函數(shù)__init__()定義方式與一般構(gòu)造函數(shù)的定義方式相同，但是Student學(xué)生類的構(gòu)造函數(shù)必須使用super()函數(shù)實現(xiàn)，super()函數(shù)是一個特殊的函數(shù)，它能夠?qū)⒏割惡妥宇愱P(guān)聯(lián)起來。2．子類的屬性和方法

子類繼承自父類后，自動具有父類的所有屬性和方法，除此之外，子類還可以定義自己的屬性和方法。

例如，實現(xiàn)Person類和Student學(xué)生類的繼承關(guān)系，并在Student學(xué)生類中定義“正在學(xué)習(xí)”的方法，代碼如下：5.3

繼承2

繼承的使用

classPerson:

name=""

age=0

#構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

=name

self.age=age

defeat(self):

print(,"正在吃飯")classStudent(Person):#繼承自Person類

#子類的構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

super().__init__(name,age)#使用super()函數(shù)關(guān)聯(lián)父類和子類

#子類自定義的方法

defstudy(self):

print(,"正在學(xué)習(xí)")per1=Person("張三",20)per1.eat()stu1=Student("小明",18)stu1.study()5.3

繼承2

繼承的使用

在Student學(xué)生類中自定義方法的運行結(jié)果如圖5.7所示。

分析上述代碼可知，使用繼承后大量地減少了重復(fù)代碼，提高了代碼的復(fù)用，使程序變得更加容易維護。3．重寫父類的方法

對于父類的方法，只要不符合子類的使用需求，都可以對其進行重寫。重寫父類某個方法時，子類應(yīng)定義一個同名的方法。

例如，重寫父類Person類的“正在吃飯”方法，子類Student類重寫該方法為“正在吃午飯”，代碼如下：5.3

繼承2

繼承的使用

classPerson:

name=""

age=0

#構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

=name

self.age=age

defeat(self):

print(,"正在吃飯")classStudent(Person):#繼承自Person類

#子類的構(gòu)造方法

def__init__(self,name,age):

super().__init__(name,age)#使用super()函數(shù)關(guān)聯(lián)父類和子類

#子類自定義的方法

defstudy(self):

print(,"正在學(xué)習(xí)")

#重寫正在吃飯的方法

defeat(self):

print(,"正在吃午飯")per1=Person("張三",20)per1.eat()stu1=Student("小明",18)stu1.eat()5.3

繼承2

繼承的使用

重寫父類方法的運行結(jié)果如圖5.8所示。5.3

繼承3

學(xué)生實踐練習(xí)

1.需求說明定義一個汽車類，該類包含名稱和顏色兩個屬性及駕駛的方法。定義一個卡車類繼承汽車類。定義顯示汽車信息的方法。2.實現(xiàn)思路

（1）定義一個類名為Car的汽車類，其中包含name和color兩個屬性，以及名稱為drive的駕駛方法。

（2）定義一個類名為Truck的卡車類。該類繼承汽車類，定義一個showCarInfo的方法輸出該車的信息。知識架構(gòu)5.4模塊1自定義模塊2導(dǎo)入模塊3學(xué)生實踐練習(xí)5.4模塊1

自定義模塊

在計算機程序的開發(fā)過程中，隨著程序代碼越寫越多，一個文件中的代碼就會越來越長，越來越不容易維護，那么，如何解決這個問題呢？

為了編寫可維護的代碼，我們對很多函數(shù)進行分組，分別放到不同的文件中，這樣每個文件包含的代碼就相對較少，很多編程語言都采用這種組織代碼的方式。在Python中，一個.py文件就稱為一個模塊（Module）。

模塊最大的優(yōu)勢是，首先，大大提高了代碼的可維護性；其次，編寫代碼不必從零開始。當(dāng)一個模塊編寫完畢后，就可以被其他地方引用。我們在編寫程序時，也經(jīng)常引用其他模塊，包括Python內(nèi)置的模塊和來自第三方的模塊。

在Java語言中，使用包對各種Java文件進行分類管理，同理，Python也可以使用包管理各種模塊文件，Python包的創(chuàng)建比較簡單。在PyCharm工具中選擇“New”→“PythonPackage”創(chuàng)建一個Python的包，創(chuàng)建完成后在包中就生成了__init__.py。在不使用PyCharm的情況下，可以創(chuàng)建一個文件夾，在文件夾中創(chuàng)建__init__.py，也可以產(chǎn)生一個Python包。

使用模塊還可以避免函數(shù)名和變量名沖突。相同名字的函數(shù)和變量完全可以分別存在于不同的模塊中，因此，我們在編寫模塊時，不必考慮名字會與其他模塊沖突，但是也要注意，盡量不要與內(nèi)置函數(shù)名沖突。5.4模塊1

自定義模塊

在Python中，每個Python文件都可以作為一個模塊，模塊的名字就是文件的名字。模塊的使用代碼如下。（1）創(chuàng)建calUtils.py文件，文件代碼如下：defcalMax(a,b):#計算兩個數(shù)的最大數(shù)

ifa>b:

returna

returnb

（2）在工程上右鍵單擊，在彈出的快捷菜單中選擇“New”→“PythonPackage”創(chuàng)建一個utils目錄，在該目錄下創(chuàng)建numUtils.py文件，文件代碼如下：importrandomdefconvert(str):#將字符串轉(zhuǎn)換為整數(shù)

returnint(str)defgetRandomNum():#獲取隨機數(shù)

returnint(random.uniform(0,1000))

在上述代碼中，一個Python文件表示一個模塊，上述代碼定義了calUtils和numUtils兩個模塊。5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

在Python文件中使用同一目錄下另外一個Python文件中定義的方法時，需要使用import關(guān)鍵字。模塊名和Python文件的名稱要相同。

【思考】當(dāng)目錄名或模塊名過長，或者不太容易理解時，有沒有更好的解決辦法呢？1.使用import導(dǎo)入在導(dǎo)入Python模塊時，可以將模塊名使用語句“as別名”的方式用別名代替?！菊Z法】import模塊名[as別名]模塊名(別名).方法名([參數(shù)])5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

調(diào)用5.4.1節(jié)中的calUtils.py中的calMax()函數(shù)，代碼如下：importcalUtilsprint("使用import導(dǎo)入:")num=calUtils.calMax(34,56)print("34和56的最大值為",num)#別名的方式importcalUtilsascalprint("使用import的別名導(dǎo)入:")num=cal.calMax(34,56)print("34和56的最大值為",num)使用import調(diào)用calUtils.py中的calMax()函數(shù)的運行結(jié)果如圖5.10所示。5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

2.使用from導(dǎo)入

有時只需要用到模塊中的某個函數(shù)，只需引入該函數(shù)即可，此時可以通過語句“from模塊名import函數(shù)名1,函數(shù)名2,…”實現(xiàn)。如果需要導(dǎo)入模塊中的所有函數(shù)，可以使用“*”操作符表示所有函數(shù)。它的語句為“from模塊名

import*”。【語法】from模塊名import函數(shù)名1[as別名1],函數(shù)名2[as別名2],…fromcalUtilsimportcalMax#或者使用fromcalUtilsimport*print("使用from導(dǎo)入:")num=calMax(34,56)print("34和56的最大值為",num)#別名的方式fromcalUtilsimportcalMaxascalprint("使用from的別名導(dǎo)入:")num=cal(34,56)print("34和56的最大值為",num)

調(diào)用5.4.1節(jié)中的calUtils.py文件中的calMax()函數(shù)，代碼如下：5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

使用from調(diào)用calUtils.py文件中的calMax()函數(shù)的運行結(jié)果如圖5.11所示。

當(dāng)在一個Python文件中使用同一目錄下另外一個目錄下Python文件中定義的方法時，需要使用“from文件名import文件名”的形式。5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

3．導(dǎo)入外部目錄下模塊導(dǎo)入外部目錄下模塊的兩種方式如下。（1）第一種方式的語法。from目錄名稱import模塊名[as別名]模塊名(別名).方法名([參數(shù)])（2）第二種方式的語法。import目錄名稱.模塊名[as別名]目錄名稱.模塊名(別名).方法名([參數(shù)])5.4模塊2

導(dǎo)入模塊

例如，調(diào)用5.4.1節(jié)中的utils目錄下numUtils.py文件中的方法，代碼如下：fromutilsimportnumUtilsprint("整數(shù)轉(zhuǎn)換",numUtils.convert("34"))print("隨機數(shù):",numUtils.getRandomNum())#第二種方式importutils.numUtilsprint("整數(shù)轉(zhuǎn)換",utils.numUtils.convert("34"))print("隨機數(shù):",utils.numUtils.getRandomNum())#別名的方式importutils.numUtilsasnumprint("整數(shù)轉(zhuǎn)換",num.convert("34"))print("隨機數(shù):",num.getRandomNum())

調(diào)用utils目錄下numUtils.py文件中的方法的運行結(jié)果如圖5.12所示。5.4模塊3

學(xué)生實踐練習(xí)

1.需求說明

實現(xiàn)自定義模塊，要求如下：

（1）在工程目錄下新建StringUtils.py文件，該文件包含一個對象轉(zhuǎn)字符串的函數(shù)objToStr()。

（2）在工程目錄下新建目錄task，然后在task目錄下新建numUtils.py文件。在該文件中定義一個NumOperator的類，在類中包含添加函數(shù)add()和求多少次方的函數(shù)pow()。

（3）新建task5-4.py文件，在該文件中使用模塊導(dǎo)入的幾種方式，調(diào)用StringUtils.py文件中的objToStr()函數(shù)及訪問numUtils.py文件中NumOperator類的三個方法。5.4模塊3

學(xué)生實踐練習(xí)

2.實現(xiàn)思路

（1）在工程目錄下新建StringUtils.py文件，使用系統(tǒng)提供的str()函數(shù)