面向对象基本概念

面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）是一种编程范式，核心思想是通过对象来组织程序，强调封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）这三个基本特性。以下是对这三个概念的详细介绍：

1. 封装（Encapsulation）

概念

封装指的是将数据（属性）和操作数据的方法（行为）捆绑在一起，并对外隐藏实现细节，只暴露必要的接口。这种机制提供了数据的保护，防止外部代码直接访问或修改内部数据。

特性

• 隐藏实现：通过访问修饰符（如 private, protected, public），控制哪些部分可以被外部访问。
• 对外接口：通过方法提供对内部数据的安全访问（如 getter 和 setter 方法）。

优点

1. 提高代码的安全性，防止外部直接修改对象的内部状态。
2. 提高代码的可维护性，内部实现可以随时更改而不影响外部调用。

示例

Python 中的封装：

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance):
        self.owner = owner           # 公共属性
        self.__balance = balance     # 私有属性，外部不能直接访问

    # getter 方法
    def get_balance(self):
        return self.__balance

    # setter 方法
    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self.__balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if 0 < amount <= self.__balance:
            self.__balance -= amount
        else:
            print("Invalid withdrawal amount.")

# 使用
account = BankAccount("Alice", 1000)
print(account.get_balance())   # 1000
account.deposit(500)
print(account.get_balance())   # 1500

2. 继承（Inheritance）

概念

继承是指一个类可以从另一个类继承属性和方法，从而实现代码的复用。被继承的类称为父类（或基类），继承的类称为子类（或派生类）。

特性

• 子类自动拥有父类的属性和方法。
• 子类可以扩展或重写父类的方法。
• 支持多层继承（一个子类可以继续被另一个类继承）。

优点

1. 提高代码的复用性。
2. 提供更清晰的层次结构，便于扩展。
3. 支持多态性。

示例

Python 中的继承：

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

    def speak(self):
        return f"{self.name} makes a sound."

# 子类继承父类
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} barks."

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

# 使用
dog = Dog("Rex")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.speak())  # Rex barks.
print(cat.speak())  # Whiskers meows.

3. 多态（Polymorphism）

概念

多态是指不同的对象可以以统一的方式调用相同的方法，具体的行为根据对象的类型而有所不同。多态通常通过方法重写和接口实现来体现。

特性

• 方法重写：子类可以重写父类的方法以提供特定的实现。
• 接口统一：调用者无需知道对象的具体类型，只需调用约定的方法。

优点

1. 增强程序的灵活性和可扩展性。
2. 使代码更具有通用性。

示例

Python 中的多态：

class Animal:
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method.")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

# 定义一个通用接口
def make_animal_speak(animal):
    print(animal.speak())

# 使用
dog = Dog()
cat = Cat()
make_animal_speak(dog)  # Woof!
make_animal_speak(cat)  # Meow!

三者的关系

• 封装：是基础，通过隐藏内部细节，确保数据的安全性和方法的接口化。
• 继承：通过复用封装好的代码，创建层次化的关系。
• 多态：利用继承提供的灵活性，通过统一的接口实现多种行为。

总结

• 封装：将内部细节隐藏，通过接口与外部交互。
• 继承：复用已有代码，并构建层次结构。
• 多态：在统一接口下实现不同的行为。

这三个特性是面向对象编程的核心，彼此独立又相互联系，构成了面向对象的强大功能。