首页 / Python 100 天 / 20.面向对象编程应用 面向对象编程应用
面向对象编程对初学者来说不难理解但很难应用，虽然我们为大家总结过面向对象的三步走方法（定义类、创建对象、给对象发消息），但是说起来容易做起来难。大量的编程练习 和阅读优质的代码 可能是这个阶段最能够帮助到大家的两件事情。接下来我们还是通过经典的案例来剖析面向对象编程的知识，同时也通过这些案例把我们之前学过的 Python 知识都串联起来。
例子1：扑克游戏。
说明 ：简单起见，我们的扑克只有52张牌（没有大小王），游戏需要将 52 张牌发到 4 个玩家的手上，每个玩家手上有 13 张牌，按照黑桃、红心、草花、方块的顺序和点数从小到大排列，暂时不实现其他的功能。
使用面向对象编程方法，首先需要从问题的需求中找到对象并抽象出对应的类，此外还要找到对象的属性和行为。当然，这件事情并不是特别困难，我们可以从需求的描述中找出名词和动词，名词通常就是对象或者是对象的属性，而动词通常是对象的行为。扑克游戏中至少应该有三类对象，分别是牌、扑克和玩家，牌、扑克、玩家三个类也并不是孤立的。类和类之间的关系可以粗略的分为 is-a关系（继承） 、**has-a关系（关联）**和 use-a关系（依赖） 。很显然扑克和牌是 has-a 关系，因为一副扑克有（has-a）52 张牌；玩家和牌之间不仅有关联关系还有依赖关系，因为玩家手上有（has-a）牌而且玩家使用了（use-a）牌。
牌的属性显而易见，有花色和点数。我们可以用 0 到 3 的四个数字来代表四种不同的花色，但是这样的代码可读性会非常糟糕，因为我们并不知道黑桃、红心、草花、方块跟 0 到 3 的数字的对应关系。如果一个变量的取值只有有限多个选项，我们可以使用枚举。与 C、Java 等语言不同的是，Python 中没有声明枚举类型的关键字，但是可以通过继承enum模块的Enum类来创建枚举类型，代码如下所示。
from enum import Enum
class Suite(Enum):
"""花色(枚举)"""
SPADE, HEART, CLUB, DIAMOND = range(4)
通过上面的代码可以看出，定义枚举类型其实就是定义符号常量，如SPADE、HEART等。每个符号常量都有与之对应的值，这样表示黑桃就可以不用数字 0，而是用Suite.SPADE；同理，表示方块可以不用数字 3， 而是用Suite.DIAMOND。注意，使用符号常量肯定是优于使用字面常量的，因为能够读懂英文就能理解符号常量的含义，代码的可读性会提升很多。Python 中的枚举类型是可迭代类型，简单的说就是可以将枚举类型放到for-in循环中，依次取出每一个符号常量及其对应的值，如下所示。
for suite in Suite:
print(f'{suite}: {suite.value}')
接下来我们可以定义牌类。
class Card:
"""牌"""
def __init__(self, suite, face):
self.suite = suite
self.face = face
def __repr__(self):
suites = '♠♥♣♦'
faces = ['', 'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K']
return f'{suites[self.suite.value]}{faces[self.face]}' # 返回牌的花色和点数
card1 = Card(Suite.SPADE, 5)
card2 = Card(Suite.HEART, 13)
print(card1) # ♠5
print(card2) # ♥K
import random
class Poker:
"""扑克"""
def __init__(self):
self.cards = [Card(suite, face)
for suite in Suite
for face in range(1, 14)] # 52张牌构成的列表
self.current = 0 # 记录发牌位置的属性
def shuffle(self):
"""洗牌"""
self.current = 0
random.shuffle(self.cards) # 通过random模块的shuffle函数实现随机乱序
def deal(self):
"""发牌"""
card = self.cards[self.current]
self.current += 1
return card
@property
def has_next(self):
"""还有没有牌可以发"""
return self.current < len(self.cards)
poker = Poker()
print(poker.cards) # 洗牌前的牌
poker.shuffle()
print(poker.cards) # 洗牌后的牌
class Player:
"""玩家"""
def __init__(self, name):
self.name = name
self.cards = [] # 玩家手上的牌
def get_one(self, card):
"""摸牌"""
self.cards.append(card)
def arrange(self):
"""整理手上的牌"""
self.cards.sort()
poker = Poker()
poker.shuffle()
players = [Player('东邪'), Player('西毒'), Player('南帝'), Player('北丐')]
# 将牌轮流发到每个玩家手上每人13张牌
for _ in range(13):
for player in players:
player.get_one(poker.deal())
# 玩家整理手上的牌输出名字和手牌
for player in players:
player.arrange()
print(f'{player.name}: ', end='')
print(player.cards)
执行上面的代码会在player.arrange()那里出现异常，因为Player的arrange方法使用了列表的sort对玩家手上的牌进行排序，排序需要比较两个Card对象的大小，而<运算符又不能直接作用于Card类型，所以就出现了TypeError异常，异常消息为：'<' not supported between instances of 'Card' and 'Card'。
为了解决这个问题，我们可以对Card类的代码稍作修改，使得两个Card对象可以直接用<进行大小的比较。这里用到技术叫运算符重载 ，Python 中要实现对<运算符的重载，需要在类中添加一个名为__lt__的魔术方法。很显然，魔术方法__lt__中的lt是英文单词“less than”的缩写，以此类推，魔术方法__gt__对应>运算符，魔术方法__le__对应<=运算符，__ge__对应>=运算符，__eq__对应==运算符，__ne__对应!=运算符。
class Card:
"""牌"""
def __init__(self, suite, face):
self.suite = suite
self.face = face
def __repr__(self):
suites = '♠♥♣♦'
faces = ['', 'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K']
return f'{suites[self.suite.value]}{faces[self.face]}'
def __lt__(self, other):
if self.suite == other.suite:
return self.face < other.face # 花色相同比较点数的大小
return self.suite.value < other.suite.value # 花色不同比较花色对应的值
说明： 大家可以尝试在上面代码的基础上写一个简单的扑克游戏，如 21 点游戏（Black Jack），游戏的规则可以自己在网上找一找。
例子2：工资结算系统。
要求 ：某公司有三种类型的员工，分别是部门经理、程序员和销售员。需要设计一个工资结算系统，根据提供的员工信息来计算员工的月薪。其中，部门经理的月薪是固定 15000 元；程序员按工作时间（以小时为单位）支付月薪，每小时 200 元；销售员的月薪由 1800 元底薪加上销售额 5% 的提成两部分构成。
通过对上述需求的分析，可以看出部门经理、程序员、销售员都是员工，有相同的属性和行为，那么我们可以先设计一个名为Employee的父类，再通过继承的方式从这个父类派生出部门经理、程序员和销售员三个子类。很显然，后续的代码不会创建Employee 类的对象，因为我们需要的是具体的员工对象，所以这个类可以设计成专门用于继承的抽象类。Python 语言中没有定义抽象类的关键字，但是可以通过abc模块中名为ABCMeta 的元类来定义抽象类。关于元类的概念此处不展开讲解，当然大家不用纠结，照做即可。
from abc import ABCMeta, abstractmethod
class Employee(metaclass=ABCMeta):
"""员工"""
def __init__(self, name):
self.name = name
@abstractmethod
def get_salary(self):
"""结算月薪"""
pass
在上面的员工类中，有一个名为get_salary的方法用于结算月薪，但是由于还没有确定是哪一类员工，所以结算月薪虽然是员工的公共行为但这里却没有办法实现。对于暂时无法实现的方法，我们可以使用abstractmethod装饰器将其声明为抽象方法，所谓抽象方法就是只有声明没有实现的方法 ，声明这个方法是为了让子类去重写这个方法 。接下来的代码展示了如何从员工类派生出部门经理、程序员、销售员这三个子类以及子类如何重写父类的抽象方法。
class Manager(Employee):
"""部门经理"""
def get_salary(self):
return 15000.0
class Programmer(Employee):
"""程序员"""
def __init__(self, name, working_hour=0):
super().__init__(name)
self.working_hour = working_hour
def get_salary(self):
return 200 * self.working_hour
class Salesman(Employee):
"""销售员"""
def __init__(self, name, sales=0):
super().__init__(name)
self.sales = sales
def get_salary(self):
return 1800 + self.sales * 0.05
上面的Manager、Programmer、Salesman三个类都继承自Employee，三个类都分别重写了get_salary方法。重写就是子类对父类已有的方法重新做出实现 。相信大家已经注意到了，三个子类中的get_salary各不相同，所以这个方法在程序运行时会产生多态行为 ，多态简单的说就是调用相同的方法 ，不同的子类对象做不同的事情 。
我们通过下面的代码来完成这个工资结算系统，由于程序员和销售员需要分别录入本月的工作时间和销售额，所以在下面的代码中我们使用了 Python 内置的isinstance函数来判断员工对象的类型。我们之前讲过的type函数也能识别对象的类型，但是isinstance函数更加强大，因为它可以判断出一个对象是不是某个继承结构下的子类型，你可以简单的理解为type函数是对对象类型的精准匹配，而isinstance函数是对对象类型的模糊匹配。
emps = [Manager('刘备'), Programmer('诸葛亮'), Manager('曹操'), Programmer('荀彧'), Salesman('张辽')]
for emp in emps:
if isinstance(emp, Programmer):
emp.working_hour = int(input(f'请输入{emp.name}本月工作时间: '))
elif isinstance(emp, Salesman):
emp.sales = float(input(f'请输入{emp.name}本月销售额: '))
print(f'{emp.name}本月工资为: ￥{emp.get_salary():.2f}元')
总结 面向对象编程思想非常的好，也符合人类的正常思维习惯，但是要想灵活运用面向对象编程中的抽象、封装、继承、多态需要长时间的积累和沉淀，这件事情无法一蹴而就，因为知识的积累本就是涓滴成河的过程。