前文學習：

python數(shù)據(jù)結構:數(shù)據(jù)類型.
python數(shù)據(jù)結構輸入輸出及控制和異常.

今天我們來學習面向對象編程，面向對象這種編程方式非常重要，我們以后學習到的棧、隊列、鏈表都是通過面向對象的方式實現(xiàn)的。

1. 面向對象編程

定義：面向對象是按照人們客觀世界的系統(tǒng)思維方式，采用基于對象（實體）的概念建立模型 ，模擬客觀世界分析，設計，實現(xiàn)軟件的辦法。通過面向對象的理念使計算機軟件系統(tǒng)能與現(xiàn)實世界中的系統(tǒng)的一一對應。

聽到這很多同學應該會很蒙，我解釋一下幾個關鍵詞的概念：

• 對象：一切事物都可以是對象，更準確的說，對象是一個實體，用一組可識別的特征和行為來標識，可以說對象不同的地方就是具有不同的特征與行為。
• 類：是具有相同屬性和功能的對象抽象集合

實例：就是創(chuàng)建具體對象的過程
舉一個面向對象的例子：我們需要造一輛車，我們可能并不需要知道車的原理，我們只需要找到車的輪子，車的車架，車的發(fā)動機，然后將它們拼裝在一起即可。

在前面我們已經(jīng)使用了一些內(nèi)建的類來展示數(shù)據(jù)和控制結構的例子。面向對象編程語言最強大的一項特性是允許程序員(問題求解者) 創(chuàng)建全新的類來對求解問題所需的數(shù)據(jù)進行建模。

我們之前使用了抽象數(shù)據(jù)類型來對數(shù)據(jù)對象的狀態(tài)及行為進行邏輯描述。通過構建能實現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)類型的類，可以利用抽象過程，同時為真正在程序中運用抽象提供必要的細節(jié)。每當需要實現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)類型時，就可以創(chuàng)建新類。

2. 構建類

我們來構建一個分數(shù)類fraction類：

你這不能用除法？其實是可以，但是除法的方式python已經(jīng)有自己的類了，我這里需要自己創(chuàng)建一個分數(shù)類。

所有類都應該首先提供構造方法。構造方法定義了數(shù)據(jù)對象的創(chuàng)建方式。要創(chuàng)建 Fraction 類的實例，必須調(diào)用構造方法，要創(chuàng)建一個 Fraction 對象，需要提供分子和分母兩部分數(shù)據(jù)。

class fraction: #定義一個類
    def __init__(self,top,bottom):#定義構造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom

這里解釋一下，self 是一個總是指向對象本身的特殊參數(shù)，它必須是第一 個形式參數(shù)。然而，在調(diào)用方法時，從來不需要提供相應的實際參數(shù)。如前所述，分數(shù)需要分子與分母兩部分狀態(tài)數(shù)據(jù)。構造方法中的 self.num 定義了 Fraction 對象有一個叫作 num 的內(nèi)部數(shù)據(jù)對象作為其狀態(tài)的一部分。同理，self.den 定義了分母。這兩個實際參數(shù)的值在初始時，賦給了狀態(tài)，使得新創(chuàng)建的 Fraction 對象能夠知道其初始值。

class fraction: #定義一個類
    def __init__(self,top,bottom):#定義構造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom
        
myfraction = fraction(3,5)#使用類創(chuàng)建一個對象。

我們可以用下面這個圖來描述，我們構造類一個類，然后通過類創(chuàng)建了一個對象。

一般情況下，我們定義了一個類，里面會有這個類的一些方法，例如，我要查看這個分數(shù)對象的樣子，我要計算這中類型的分數(shù)，等等方法，這些都需要我們?nèi)ザx。

class fraction: #定義一個類
    def __init__(self,top,bottom):#定義構造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom
        
    def show(self): #定義輸出方法
        print(self.num,"/",self.den)
        
    def add(self,otherf): #定義分數(shù)加法
        bot=otherf.den * self.den
        top=self.num * otherf.den +self.den * otherf.num
        print(top,"/",bot)

#定義兩個分數(shù)
myfraction=fraction(9,16)
a=fraction(1,16) 

#試試加法
myfraction.add(a)

結果如下：

這里我們放上我們寫好的分數(shù)類定義方法。

class Fraction:
    def __init__(self, top, bottom):
        self.num = top
        self.den = bottom
    def __str__(self):
        return str(self.num) + "/" + str(self.den)

    def show(self):        
        print(self.num, "/", self.den)

    def __add__(self, otherfraction): #加法 ，可以用+
        newnum = self.num * otherfraction.den + self.den * otherfraction.num
        newden = self.den * otherfraction.den
        common = gcd(newnum, newden)
        return Fraction(newnum//common, newden//common)

    def __eq__(self, other): #深相等，值相等就相等
        firstnum = self.num * other.den
        secondnum = other.num * self.den
        return firstnum == secondnum

3. 繼承

繼承是面向對象編程的一個重要特征：使一個類與另一個類相關聯(lián)，就像人們相互聯(lián)系一樣。孩子從父母那里繼承了特征，python的子類可以從父類那繼承數(shù)據(jù)和行為，父類也稱為超類。

就拿我們前面學習過的基礎數(shù)據(jù)結構舉例。

列表、字符串和元組都是有序集合。它們都繼承了共同的數(shù)據(jù)組織和操作。不過，根據(jù)數(shù)據(jù)是否同類以及集合是否可修改，它們彼此又有區(qū)別。子類從父類繼承共同的特征，但是通過額外的特征彼此區(qū)分。

3.1 繼承案例

我們這里通過一個小的案例來實現(xiàn)繼承的案例，我們來構建一個模擬程序，用于模擬數(shù)字電路。邏輯門是這個模擬程序的基本構造單元，它們代表其輸入和輸出之間的布爾代數(shù)關系。

通過不同的模式將這些邏輯門組合起來并提供一系列輸入值，可以構建具有邏輯功能的電 路。圖 1-10 展示了一個包含兩個與門、一個或門和一個非門的電路。兩個與門的輸出直接作為 輸入傳給或門，然后其輸出又輸入給非門。如果在 4 個輸入處(每個與門有兩個輸入)提供一系列值，那么非門就會輸出結果。

為了實現(xiàn)電路，首先需要構建邏輯門的表示?？梢暂p松地將邏輯門組織成類的繼承層次結構， 如圖所示。頂部的 LogicGate 類代表邏輯門的通用特性:邏輯門的標簽和一個輸出。下面 一層子類將邏輯門分成兩種:有一個輸入的邏輯門和有兩個輸入的邏輯門。再往下，就是具體的邏輯門。

首先定義父類LogicGate

class LogicGate:
    def __init__(self, n):#構造函數(shù)，label代表的是自己的名字
        self.label = n
        self.output = None
    def getLabel(self):#輸出名字的函數(shù)
        return self.label
    def getOutput(self):#輸出的結果
        self.output = self.performGateLogic() 
        return self.output

目前還不用實現(xiàn) performGateLogic 函數(shù)。原因在于，我們不知道每一種邏輯門將如何進 行自己的邏輯運算。這些細節(jié)會交由繼承層次結構中的每一個邏輯門來實現(xiàn)。這是一種在面向對象編程中非常強大的思想——我們創(chuàng)建了一個方法，而其代碼還不存在。參數(shù) self 是指向實際調(diào)用方法的邏輯門對象的引用。任何添加到繼承層次結構中的新邏輯門都僅需要實現(xiàn)之后會被調(diào)用的 performGateLogic 函數(shù)。一旦實現(xiàn)完成，邏輯門就可以提供運算結果。擴展已有的繼承層次結構并提供使用新類所需的特定函數(shù)，這種能力對于重用代碼來說非常重要。

定義子類BinaryGate類、UnaryGate類

兩個類中的構造方法首先使用 super 函數(shù) 來調(diào)用其父類的構造方法。當創(chuàng)建 BinaryGate 類的實例時，首先要初始化所有從LogicGate 中繼承來的數(shù)據(jù)項，在這里就是邏輯門的標簽。接著，構造方法添加兩個輸入(pinA 和 pinB)。 這是在構建類繼承層次結構時常用的模式。子類的構造方法需要先調(diào)用父類的構造方法，然后再 初始化自己獨有的數(shù)據(jù)。

BinaryGate類主要是與門和或門（有兩個輸入）

class BinaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類的構造方法
        self.pinA = None #添加自己的參數(shù)
        self.pinB = None
            
    def getPinA(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin A input for gate "+self.getLabel() + "-->"))

    def getPinB(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin B input for gate "+self.getLabel() + "-->"))

UnaryGate類主要是非門（只有一個輸入）。

class UnaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類的構造方法
        self.pin = None#添加自己的參數(shù)
    def getPin(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin input for gate " + self.getLabel() + "-->"))

構造孫類（與門、或門、非門）

與門 AndGate類

#構造與門
class AndGate(BinaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類方法
    def performGateLogic(self):#自己的運算邏輯
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a==1 and b==1:
            return 1
        else:
            return 0

或門 OrGate

class OrGate(BinaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類方法
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a==1 or b==1:
            return 1
        else:
            return 0

非門 NotGate

class NotGate(UnaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPin()
        if a==1:
            return 0
        else:
            return 1

測試一下結果：

與門

或門

非門

參考資料：

• 《python數(shù)據(jù)結構與算法》
• 《大話數(shù)據(jù)結構》

到此這篇關于python數(shù)據(jù)結構之面向對象的文章就介紹到這了,更多相關python面向對象內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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