Python类（Class）完全指南：从入门到精通

Python类（Class）完全指南：从入门到精通
1. 什么是类？

类是创建对象的蓝图或模板，它定义了对象的属性和方法。对象是类的实例。
简单比喻：

    类就像汽车的设计图纸

    对象就像根据图纸制造出来的具体汽车

2. 基本语法
创建第一个类：
python

class Dog:
    # 类属性（所有狗共享的属性）
    species = "哺乳动物"
    
    # 初始化方法（构造函数）
    def __init__(self, name, age):
        # 实例属性（每只狗特有的属性）
        self.name = name
        self.age = age
    
    # 实例方法
    def bark(self):
        return f"{self.name} 在汪汪叫!"
    
    def get_info(self):
        return f"我叫{self.name}，今年{self.age}岁"

# 创建对象（实例化）
my_dog = Dog("旺财", 3)
your_dog = Dog("来福", 5)

print(my_dog.bark())      # 输出: 旺财 在汪汪叫!
print(your_dog.get_info()) # 输出: 我叫来福，今年5岁
print(Dog.species)        # 输出: 哺乳动物

3. 类的组成部分
3.1 特殊方法 __init__()
python

class Student:
    def __init__(self, name, grade):
        self.name = name
        self.grade = grade
        self.scores = []  # 初始化空列表
    
    def add_score(self, score):
        self.scores.append(score)
    
    def get_average(self):
        if len(self.scores) == 0:
            return 0
        return sum(self.scores) / len(self.scores)

# 使用
student1 = Student("小明", 5)
student1.add_score(90)
student1.add_score(85)
print(f"{student1.name}的平均分: {student1.get_average()}")  # 输出: 小明的平均分: 87.5

3.2 类属性 vs 实例属性
python

class Car:
    # 类属性（所有汽车共享）
    wheels = 4
    country = "中国"
    
    def __init__(self, brand, color):
        # 实例属性（每辆汽车特有）
        self.brand = brand
        self.color = color

# 测试
car1 = Car("比亚迪", "红色")
car2 = Car("蔚来", "蓝色")

print(car1.brand)    # 输出: 比亚迪 (实例属性)
print(car2.brand)    # 输出: 蔚来 (实例属性)
print(Car.wheels)    # 输出: 4 (类属性)
print(car1.wheels)   # 输出: 4 (通过实例访问类属性)

# 修改类属性会影响所有实例
Car.wheels = 6
print(car1.wheels)   # 输出: 6
print(car2.wheels)   # 输出: 6

4. 方法类型
4.1 实例方法
python

class Calculator:
    def __init__(self):
        self.result = 0
    
    # 实例方法 - 第一个参数总是self
    def add(self, value):
        self.result += value
        return self
    
    def multiply(self, value):
        self.result *= value
        return self
    
    def get_result(self):
        return self.result

# 使用方法链
calc = Calculator()
result = calc.add(10).multiply(3).add(5).get_result()
print(result)  # 输出: 35

4.2 类方法
python

class Person:
    count = 0  # 类属性，统计创建了多少个Person对象
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        Person.count += 1
    
    @classmethod
    def get_count(cls):  # cls代表类本身
        return cls.count
    
    @classmethod
    def create_anonymous(cls):
        return cls("匿名用户")

# 使用
p1 = Person("张三")
p2 = Person("李四")
p3 = Person.create_anonymous()

print(Person.get_count())  # 输出: 3
print(p3.name)            # 输出: 匿名用户

4.3 静态方法
python

class MathUtils:
    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b
    
    @staticmethod
    def is_even(number):
        return number % 2 == 0

# 使用 - 不需要创建对象
print(MathUtils.add(5, 3))      # 输出: 8
print(MathUtils.is_even(10))    # 输出: True

5. 封装 - 访问控制
使用命名约定：
python

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance):
        self.owner = owner           # 公开属性
        self._account_number = "123" # 受保护的属性（单下划线）
        self.__balance = balance     # 私有属性（双下划线）
    
    # 公有方法
    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self.__balance += amount
            return True
        return False
    
    def withdraw(self, amount):
        if 0 < amount <= self.__balance:
            self.__balance -= amount
            return True
        return False
    
    # 获取私有属性的方法（getter）
    def get_balance(self):
        return self.__balance

# 使用
account = BankAccount("小明", 1000)
print(account.owner)           # 可以访问: 小明
print(account._account_number) # 可以访问但不建议: 123
# print(account.__balance)     # 报错！无法直接访问私有属性
print(account.get_balance())   # 通过方法访问: 1000

6. 继承
6.1 基本继承
python

# 父类（基类）
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现这个方法")
    
    def sleep(self):
        return f"{self.name} 在睡觉"

# 子类
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} 汪汪叫!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} 喵喵叫!"
    
    def climb_tree(self):
        return f"{self.name} 在爬树"

# 使用
dog = Dog("旺财")
cat = Cat("咪咪")

print(dog.speak())      # 输出: 旺财 汪汪叫!
print(cat.speak())      # 输出: 咪咪 喵喵叫!
print(dog.sleep())      # 输出: 旺财 在睡觉
print(cat.climb_tree()) # 输出: 咪咪 在爬树

6.2 使用 super() 调用父类方法
python

class Vehicle:
    def __init__(self, brand, color):
        self.brand = brand
        self.color = color
    
    def get_info(self):
        return f"{self.color}的{self.brand}"

class Car(Vehicle):
    def __init__(self, brand, color, doors):
        super().__init__(brand, color)  # 调用父类的__init__
        self.doors = doors
    
    def get_info(self):
        base_info = super().get_info()  # 调用父类的get_info
        return f"{base_info}, {self.doors}个门"

# 使用
my_car = Car("丰田", "黑色", 4)
print(my_car.get_info())  # 输出: 黑色的丰田, 4个门

7. 多态
python

def animal_sound(animal):
    """这个函数可以接受任何Animal子类的对象"""
    return animal.speak()

# 使用多态
animals = [Dog("大黄"), Cat("小花"), Dog("小黑")]

for animal in animals:
    print(animal_sound(animal))
# 输出:
# 大黄 汪汪叫!
# 小花 喵喵叫!
# 小黑 汪汪叫!

8. 特殊方法（魔术方法）
python

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages
    
    # 字符串表示
    def __str__(self):
        return f"《{self.title}》 - {self.author}"
    
    def __repr__(self):
        return f"Book('{self.title}', '{self.author}', {self.pages})"
    
    # 比较操作
    def __eq__(self, other):
        return self.title == other.title and self.author == other.author
    
    def __lt__(self, other):
        return self.pages < other.pages
    
    # 长度
    def __len__(self):
        return self.pages

# 使用特殊方法
book1 = Book("Python编程", "John", 300)
book2 = Book("Python编程", "John", 350)
book3 = Book("算法", "Bob", 200)

print(book1)              # 输出: 《Python编程》 - John
print(len(book1))         # 输出: 300
print(book1 == book2)     # 输出: True
print(book1 < book3)      # 输出: False

9. 属性装饰器（@property）
python

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self._radius = radius
    
    @property
    def radius(self):
        return self._radius
    
    @radius.setter
    def radius(self, value):
        if value > 0:
            self._radius = value
        else:
            raise ValueError("半径必须大于0")
    
    @property
    def area(self):
        return 3.14159 * self._radius ** 2
    
    @property
    def diameter(self):
        return self._radius * 2

# 使用
circle = Circle(5)
print(circle.radius)    # 输出: 5 (像属性一样访问)
print(circle.area)      # 输出: 78.53975
print(circle.diameter)  # 输出: 10

circle.radius = 10      # 使用setter
print(circle.area)      # 输出: 314.159

10. 综合实例：学生管理系统
python

class Student:
    school = "第一中学"  # 类属性
    
    def __init__(self, name, student_id):
        self.name = name
        self.student_id = student_id
        self._scores = {}
    
    def add_score(self, subject, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self._scores[subject] = score
        else:
            print("分数必须在0-100之间")
    
    def get_score(self, subject):
        return self._scores.get(subject, "未考试")
    
    @property
    def average_score(self):
        if not self._scores:
            return 0
        return sum(self._scores.values()) / len(self._scores)
    
    def __str__(self):
        return f"学生: {self.name} (学号: {self.student_id})"
    
    @classmethod
    def change_school(cls, new_school):
        cls.school = new_school

# 使用系统
student1 = Student("张三", "2023001")
student2 = Student("李四", "2023002")

student1.add_score("数学", 90)
student1.add_score("语文", 85)
student2.add_score("数学", 95)

print(student1)
print(f"{student1.name}的数学成绩: {student1.get_score('数学')}")
print(f"{student1.name}的平均分: {student1.average_score}")
print(f"学校: {Student.school}")

11. 最佳实践
✅ 好的做法：
python

# 明确的命名
class BankAccount:
    def __init__(self, account_holder, initial_balance=0):
        self.account_holder = account_holder
        self._balance = initial_balance
    
    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self._balance += amount
            return True
        return False
    
    def get_balance(self):
        return self._balance

❌ 避免的做法：
python

# 不好的命名和设计
class ba:  # 命名不清晰
    def __init__(self, n, b):
        self.n = n  # 属性名意义不明
        self.b = b
    
    def d(self, a):  # 方法名意义不明
        self.b += a

12. 总结
概念    说明    示例
类    对象的蓝图    class Dog:
对象    类的实例    my_dog = Dog()
继承    子类继承父类    class Cat(Animal):
封装    隐藏内部实现    使用 _ 和 __
多态    同一接口不同实现    不同子类的同名方法
特殊方法    __init__, __str__等    定义对象行为

学习建议：

    多练习创建简单的类

    理解 self 的含义

    掌握继承的概念

    学会使用特殊方法

    实践封装原则

现在尝试创建一个自己的类，比如 Book、Student 或 BankAccount，来巩固所学知识！