### 7.2.1 類的定義 利用 OOP 來解決問題時，首要任務是確定該問題涉及哪些對象，每種對象分別具有什 么數據和操作。類就是對這些信息的表達。類的創建，體現了面向對象的諸多思想和方法， 本節對此進行詳細介紹。 抽象 人們在認識客觀世界時，經常采用抽象方法來對客觀世界的眾多事物進行歸納、分類。 抽象就是忽略事物中與當前目標無關的、非本質的特征，而抽取與當前目標有關的、本質的特征。經過抽象，能夠確認事物間的共性，并將具有共性的事物歸入一類，從而得到一個抽 象概念。抽象時需要考慮“當前目標”，對于某個事物，根據不同的解題目標，可以進行不同 的抽象。 抽象是面向對象的基本方法，而抽象的工具就是“類”。我們用類來抽象、描述待求解 問題所涉及的事物，具體包括兩個方面的抽象：數據抽象和行為抽象。數據抽象描述某類對 象共有的屬性或狀態，行為抽象描述某類對象共有的行為或功能特征。 例如，對學校里一個個具體的學生張三、李四、王五等進行概括，可以抽取出學號、姓 名等數據屬性，還可以抽取出選課、做項目、加入學生社團等行為屬性，從而建立“學生類”。 又如，對馬路上形形色色的汽車進行概括，可以抽取出制造商、型號、排量等數據屬性，還 可以抽取出啟動、剎車、加速等行為屬性，從而建立“汽車類”。 抽象可以是在多個層次上進行的。例如，當抽象出學生、教師、職工等類別之后，可以 從他們進一步抽象出“師生員工”類；當建立了汽車、火車、飛機等類別之后，可以從他們 進一步抽象出“交通工具”類。如此進行，最終可以形成一個抽象層次，稱為類層次。這種 抽象方法在各學科中都是常用的，最典型的如生物學中的分類層次： ``` 智人 → 人科 → 靈長目 → 哺乳綱 → 脊索動物門 → 動物界 ``` 封裝 在日常生活中，人們使用著各種提供特定服務的設備，如汽車、彩電等等。對于這些設備，人們通常只需了解它們的功能，而不關心它們的內部是怎樣工作的。類似地，計算機程 序也是提供特定服務的“設備”，我們使用程序時通常也只關心程序的功能，而不關心程序內 部的實現過程。OOP 中的封裝概念正是這種思想的體現。 封裝（encapsulation）是指用類將對象的數據和操作結合成一個封閉的程序單元，并對 外部隱藏內部實現細節。隱藏信息包含兩重意思：一是用戶無需了解隱藏的信息就能使用該 類，二是不允許用戶直接操作類中被隱藏的信息。 封裝導致外界不能直接存取對象的數據，但這并不是說我們就無法處理對象數據了。與 數據封裝在一起的還有對數據的操作（稱為方法的一些函數），類會對外公開這些方法的名稱 和調用格式，亦即提供了與外界的交互界面。外界可以向對象發消息（所請求的方法名稱及 參數），然后對象通過執行方法來響應外界的消息。所以，外界可通過消息機制來間接處理對 象數據。當然，外界只能按對象允許的方式來處理對象數據，因為對象能夠響應的消息是由 類定義決定的。 封裝對類的實現者和使用者都有好處。第一，防止使用者直接操作對象數據時有意無意 造成的錯誤，畢竟對象自己的方法處理自己的數據才是安全的；第二，使用者通過方法調用 來操作數據時無需了解內部實現細節，類的功能非常易用；第三，即使實現者以后修改了類 的內部實現，只要不改變方法界面，使用者就不會受到任何影響，這使得程序非常容易維護； 第四，可以使同類甚至不同類的對象對使用者都呈現標準化的操作界面。以電視機為例可以 很清楚地看出上述優點。電視機將內部各種器件封裝起來，使用戶只能通過面板上的按鍵來 操作電視機，這樣既保護了內部器件使之不易被用戶損壞，又使電視機簡單易用；電視機內 部器件的維修和升級對用戶來說沒有任何影響；所有品牌的電視機幾乎都提供標準化的面板（電源開關、頻道切換、音量調節等），只要會使用一種電視機，基本上就會使用其他任何電 視機甚至收音機（因為收音機界面也是類似的調換頻道、調節音量等）。 Python 類定義 如前所述，類是用來刻劃對象的數據特性和行為特性的。Python 中類定義形如： ``` class <類名>: <方法定義 1>: ... <方法定義 n>: ``` 其中諸“方法定義”就是對對象的操作行為的定義，外界能夠請求對象所做的事情完全由這 些方法決定。 每個方法定義其實都是一個函數定義，即形如： ``` def <方法名>(<參數>): ... ``` 方法與普通函數略有差別。首先，每個方法都必須有一個特殊的形參 self，并且 self 必 須是該方法的第一個形參（如果還有其他參數的話）。至于這個特殊參數的作用，我們在稍后 介紹方法調用的時候再解釋。其次，方法只能通過對象來調用，即向對象發消息請求對象執 行某個方法。 至此，讀者也許會有疑問：不是說類中包含了數據和操作的定義嗎，怎么上述類定義形 式中只有操作沒有數據？在 Python 中，類的實例所擁有的數據一般在類的方法中定義的，尤 其是在一個特殊方法 init__方法①中。這里的方法名 init__是 Python 規定的，通常每個類 都會定義 init__方法，其功能將在介紹類實例創建時進行解釋。 作為例子，我們來定義類 Person。Person 是對現實世界中“人”的抽象，每個人都有自 己的姓名和出生年份，并且都能回答外界有關其姓名和年齡的提問。我們將 Person 類的定義 保存在文件 person.py 中，將來任何程序都可以通過導入此文件而使用 Person 類。 【程序 7.3】person.py ``` class Person: def __init__ (self,n,y): self.name = n self.year = y def whatName(self): print "My name is",self.name def howOld(self,y): age = y – self.year if age > 0: print "My age in",y,"is",age else: print "I was born in",self.year ``` Person 對象的數據就是在 init__方法中定義的 self.name 和 self.year，Person 對象能夠執 行的操作就是方法 whatName()和 howOld()。 像 Person 類中的 self.name 和 self.year 這樣，以“self.&lt;變量名&gt;”形式定義的變量稱為實 例變量（instance variable），意思是這種數據是屬于類的實例的，不同實例可有不同的值。實 例變量可以在類的任何方法中定義（通常在 init__中定義），也可以在類的任何方法中直接 引用。Person 類中，self.name 和 self.year 是實例變量，將來創建的每一個 Person 實例都擁有 這兩個數據，每個實例各自的姓名和出生年份的值可以是不同的；另外，這兩個實例變量雖 然是在 init__中定義，但在 whatName 和 howOld 方法中都可以直接引用。注意，如果方法 中定義的某個變量名前沒有 self 前綴，則該變量是普通的函數局部變量，其作用域僅限于該方法。例如上例中在 howOld 方法中定義的 age 就是局部變量，它只能在 howOld 中引用。 類的方法定義中可以通過 self.f()的方式調用同一個類中的其它方法 f。例如： > ① 注意，這個名稱中 init 前后各是兩個下劃線字符！Python 常用這種形式的標識符來命名內部對象。 ``` class Person1: def __init__ (self,n,y): self.name = n self.year = y def whatName(self): print "My name is",self.name def howOld(self,y): age = y – self.year if age > 0: print "My age in",y,"is",age else: print "I was born in",self.year def allInfo(self,y): self.whatName() self.howOld(y) ``` 其中的方法 allInfo 調用了本類中的另外兩個方法 whatName 和 howOld。 類實際上是用戶自定義的數據類型，是對 Python 語言本身提供的基本數據類型的擴充。 一旦定義了類，就可以將它當作 Python 標準數據類型來使用。 作為特例，如果某種對象只包含一些數據，不包含對數據的操作，則可以在類中只定義 實例變量而不定義操作方法（除了特殊的 init 方法）。這樣的類相當于很多編程語言中的 “結構”類型①，其作用是將一些數據項組合成一個整體。事實上，類可以看作是傳統結構 類型的發展，即類是添加了數據操作的“結構”。 最后說一下命名問題。面向對象編程中習慣上使用大寫字母開頭的標識符來為類命名（如 Person），而類中方法和實例變量則慣常使用小寫字母開頭的標識符來命名（如 name、year 和 whatName）。方法名如果由多個單詞構成，一般采用駱駝式命名法，即除第一個單詞之外 的各單詞首字母大寫，如 whatName 和 howOld。