### 7.1.2 面向對象觀點
什么是面向對象?要回答這個問題,首先要理解面向對象思想中最基本的觀點:數據和對數據的操作不可分離。
其實這個觀點對我們來說并不完全陌生。通過第 2 章介紹的數據類型的概念,我們已經 意識到:特定的數據值與能對該數據執行的操作是密切關聯的。對于數值型數據,合法的操 作不外乎加減乘除之類;對于字符串數據,合法的操作不外乎查找串中字符或子串、改變字 母大小寫之類。脫離數據的類型來考慮操作是沒有意義的,例如在 Python 中單獨的一個操作 符“+”的意義是不確定的,因為數值、字符串和列表類型的數據都能施加意義不同的“+” 操作。即使是對同為數值型的整數和浮點數數據,除法操作“/”也有不同的含義。
除了語言本身提供的基本數據類型,對于復雜數據類型同樣可以說明數據與操作的密切 關聯。例如,圓形是一種復雜的數據類型,對圓形可以施加求面積、移動位置等操作;而對 于一個由姓名、年齡、考試成績等多個簡單數據項組合而成的學生數據,可以施加查詢姓名、 計算平均績點等操作,絕不會提出計算學生面積的要求。
總之,數據與對數據的操作確實是緊密相關、不可分離的。既然如此,那我們干脆將數 據和操作兩者結合在一起,抽象出一種實體:該實體擁有一些數據,同時也知道如何對這些 數據進行操作。這種數據和操作結合在一起所形成的實體稱為對象(object)。圖 7.2 展示了這種思考方式,與圖 7.1 相比,現在心、箭合為一體,就好比青年男女不是等待丘比特的撮 合,而是自備弓箭,隨心而動。

圖 7.2 對象是數據和操作的結合體 可以將對象視為廣義的“數據”,因為對象里確實存儲著數據。但與傳統數據不同的是,對象自己掌控對自己存儲的數據的處理方法,而不是由外部來決定如何處理。外部如果想對 某個對象存儲的數據進行操作,只能向對象發送一個表示操作請求的消息(message),然后由對象來響應這個請求,執行被特定的操作,并將結果告知請求者。顯然,對象并不是對什 么消息都能做出響應,對象能夠響應的消息由該對象能夠執行的操作決定。對象將它能響應 的消息對外公布,就像一個服務機構對外公布服務項目,這些消息(可執行的操作)構成了 對象與外部進行交互的界面(interface,也稱接口),外部只能通過這個界面與對象打交道。 基于對象概念來分析問題和設計解法,這就是 面向對象編程 ( object-orientation programming,簡稱 OOP)。通過 OOP 所得到的程序是一個由很多對象組成的系統,可以向 對象發送消息來實現對數據的處理,全體對象通過相互協作來完成程序的數據處理功能。而 傳統的面向過程編程,得到的程序是一組對數據進行操作的過程,通過按順序執行這些過程來實現程序功能。 面向對象是強大的分析問題、解決問題的思維工具,因為“對象”這個概念可以用來抽象、描述現實世界的幾乎一切事物,例如人、電視機、汽車等等。可以說,世界是由各種對 象組成的,每個對象都具有一些數據特性和一些操作行為,了解了對象的數據特性和操作行 為就認識了對象。作為例子,我們來看“人”為什么可視為“對象”:第一,每個人都具有自 己的數據,如姓名、出生日期、身高、體重等;第二,每個人對他的數據都有自己的操作方 法,例如通過計算當前日期與出生日期的差值來得到年齡、通過公式“標準體重 =(身高- 100)× 0.9)”來判斷自己是否超重等。而且每個人都能響應外部發來的消息(如詢問年齡 的消息),也就是執行相應的數據操作。再看一個例子,“電視機”也可視為“對象”:第一, 每臺電視機都具有自己的數據,如型號、尺寸、頻道數目等;第二,每臺電視機都有自己的 數據操作,例如開機、關機、調頻道、調音量等。而且電視機能夠響應外部發來的消息并執 行相應的操作,如按下遙控器上的某個按鍵就能讓電視機執行執行調頻道的操作。圖 7.3 中 給出了兩個“人”對象和一個“電視機”對象的示意圖。


圖 7.3 兩個“人”對象和一個“電視機”對象
除了“人”、“電視機”這種有形的、具體的對象,我們也可以將無形的、抽象的事物看作是對象。例如可以將“室內環境”視為對象:該對象的數據包括溫度、濕度、容積等,該 對象能夠響應的操作包括提高溫度(具體也許是通過空調設備)、增加濕度(具體也許是通過 人工灑水)、換算容積單位等。
綜上所述,我們將數據和對數據的操作融為一體,形成具有靜態信息和動態行為的對象。 以面向對象的觀點去描述現實世界,就是要將現實世界刻畫成由各種對象組成,并且各對象之間進行交互、協作的系統。
- 前言
- 第 1 章 計算與計算思維
- 1.1 什么是計算?
- 1.1.1 計算機與計算
- 1.1.2 計算機語言
- 1.1.3 算法
- 1.1.4 實現
- 1.2 什么是計算思維?
- 1.2.1 計算思維的基本原則
- 1.2.2 計算思維的具體例子
- 1.2.3 日常生活中的計算思維
- 1.2.4 計算思維對其他學科的影響
- 1.3 初識 Python
- 1.3.1 Python 簡介
- 1.3.2 第一個程序
- 1.3.3 程序的執行方式
- 1.3.4 Python 語言的基本成分
- 1.4 程序排錯
- 1.5 練習
- 第 2 章 用數據表示現實世界
- 2.1 數據和數據類型
- 2.1.1 數據是對現實的抽象
- 2.1.1 常量與變量
- 2.1.2 數據類型
- 2.1.3 Python 的動態類型*
- 2.2 數值類型
- 2.2.1 整數類型 int
- 2.2.2 長整數類型 long
- 2.2.3 浮點數類型 float
- 2.2.4 數學庫模塊 math
- 2.2.5 復數類型 complex*
- 2.3 字符串類型 str
- 2.3.1 字符串類型的字面值形式
- 2.3.2 字符串類型的操作
- 2.3.3 字符的機內表示
- 2.3.4 字符串類型與其他類型的轉換
- 2.3.5 字符串庫 string
- 2.4 布爾類型 bool
- 2.4.1 關系運算
- 2.4.2 邏輯運算
- 2.4.3 布爾代數運算定律*
- 2.4.4 Python 中真假的表示與計算*
- 2.5 列表和元組類型
- 2.5.1 列表類型 list
- 2.5.2 元組類型 tuple
- 2.6 數據的輸入和輸出
- 2.6.1 數據的輸入
- 2.6.2 數據的輸出
- 2.6.3 格式化輸出
- 2.7 編程案例:查找問題
- 2.8 練習
- 第 3 章 數據處理的流程控制
- 3.1 順序控制結構
- 3.2 分支控制結構
- 3.2.1 單分支結構
- 3.2.2 兩路分支結構
- 3.2.3 多路分支結構
- 3.3 異常處理
- 3.3.1 傳統的錯誤檢測方法
- 3.3.2 傳統錯誤檢測方法的缺點
- 3.3.3 異常處理機制
- 3.4 循環控制結構
- 3.4.1 for 循環
- 3.4.2 while 循環
- 3.4.3 循環的非正常中斷
- 3.4.4 嵌套循環
- 3.5 結構化程序設計
- 3.5.1 程序開發過程
- 3.5.2 結構化程序設計的基本內容
- 3.6 編程案例:如何求 n 個數據的最大值?
- 3.6.1 幾種解題策略
- 3.6.2 經驗總結
- 3.7 Python 布爾表達式用作控制結構*
- 3.8 練習
- 第 4 章 模塊化編程
- 4.1 模塊化編程基本概念
- 4.1.1 模塊化設計概述
- 4.1.2 模塊化編程
- 4.1.3 編程語言對模塊化編程的支持
- 4.2 Python 語言中的函數
- 4.2.1 用函數減少重復代碼 首先看一個簡單的用字符畫一棵樹的程序:
- 4.2.2 用函數改善程序結構
- 4.2.3 用函數增強程序的通用性
- 4.2.4 小結:函數的定義與調用
- 4.2.5 變量的作用域
- 4.2.6 函數的返回值
- 4.3 自頂向下設計
- 4.3.1 頂層設計
- 4.3.2 第二層設計
- 4.3.3 第三層設計
- 4.3.4 第四層設計
- 4.3.5 自底向上實現與單元測試
- 4.3.6 開發過程小結
- 4.4 Python 模塊*
- 4.4.1 模塊的創建和使用
- 4.4.2 Python 程序架構
- 4.4.3 標準庫模塊
- 4.4.4 模塊的有條件執行
- 4.5 練習
- 第 5 章 圖形編程
- 5.1 概述
- 5.1.1 計算可視化
- 5.1.2 圖形是復雜數據
- 5.1.3 用對象表示復雜數據
- 5.2 Tkinter 圖形編程
- 5.2.1 導入模塊及創建根窗口
- 5.2.2 創建畫布
- 5.2.3 在畫布上繪圖
- 5.2.4 圖形的事件處理
- 5.3 編程案例
- 5.3.1 統計圖表
- 5.3.2 計算機動畫
- 5.4 軟件的層次化設計:一個案例
- 5.4.1 層次化體系結構
- 5.4.2 案例:圖形庫 graphics
- 5.4.3 graphics 與面向對象
- 5.5 練習
- 第 6 章 大量數據的表示和處理
- 6.1 概述
- 6.2 有序的數據集合體
- 6.2.1 字符串
- 6.2.2 列表
- 6.2.3 元組
- 6.3 無序的數據集合體
- 6.3.1 集合
- 6.3.2 字典
- 6.4 文件
- 6.4.1 文件的基本概念
- 6.4.2 文件操作
- 6.4.3 編程案例:文本文件分析
- 6.4.4 緩沖
- 6.4.5 二進制文件與隨機存取*
- 6.5 幾種高級數據結構*
- 6.5.1 鏈表
- 6.5.2 堆棧
- 6.5.3 隊列
- 6.6 練習
- 第 7 章 面向對象思想與編程
- 7.1 數據與操作:兩種觀點
- 7.1.1 面向過程觀點
- 7.1.2 面向對象觀點
- 7.1.3 類是類型概念的發展
- 7.2 面向對象編程
- 7.2.1 類的定義
- 7.2.2 對象的創建
- 7.2.3 對象方法的調用
- 7.2.4 編程實例:模擬炮彈飛行
- 7.2.5 類與模塊化
- 7.2.6 對象的集合體
- 7.3 超類與子類*
- 7.3.1 繼承
- 7.3.2 覆寫
- 7.3.3 多態性
- 7.4 面向對象設計*
- 7.5 練習
- 第 8 章 圖形用戶界面
- 8.1 圖形用戶界面概述
- 8.1.1 程序的用戶界面
- 8.1.2 圖形界面的組成
- 8.1.3 事件驅動
- 8.2 GUI 編程
- 8.2.1 UI 編程概述
- 8.2.2 初識 Tkinter
- 8.2.3 常見 GUI 構件的用法
- 8.2.4 布局
- 8.2.5 對話框*
- 8.3 Tkinter 事件驅動編程
- 8.3.1 事件和事件對象
- 8.3.2 事件處理
- 8.4 模型-視圖設計方法
- 8.4.1 將 GUI 應用程序封裝成對象
- 8.4.2 模型與視圖
- 8.4.3 編程案例:匯率換算器
- 8.5 練習
- 第 9 章 模擬與并發
- 9.1 模擬
- 9.1.1 計算機建模
- 9.1.2 隨機問題的建模與模擬
- 9.1.3 編程案例:乒乓球比賽模擬
- 9.2 原型法
- 9.3 并行計算*
- 9.3.1 串行、并發與并行
- 9.3.2 進程與線程
- 9.3.3 多線程編程的應用
- 9.3.4 Python 多線程編程
- 9.3.5 小結
- 9.4 練習
- 第 10 章 算法設計和分析
- 10.1 枚舉法
- 10.2 遞歸
- 10.3 分治法
- 10.4 貪心法
- 10.5 算法分析
- 10.5.1 算法復雜度
- 10.5.2 算法分析實例
- 10.6 不可計算的問題
- 10.7 練習
- 第 11 章 計算+X
- 11.1 計算數學
- 11.2 生物信息學
- 11.3 計算物理學
- 11.4 計算化學
- 11.5 計算經濟學
- 11.6 練習
- 附錄
- 1 Python 異常處理參考
- 2 Tkinter 畫布方法
- 3 Tkinter 編程參考
- 3.1 構件屬性值的設置
- 3.2 構件的標準屬性
- 3.3 各種構件的屬性
- 3.4 對話框
- 3.5 事件
- 參考文獻