2_3_oop.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
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  第二阶段：代码工程化与核心进阶
  2.3 面向对象编程（OOP）
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【课程属性】L1 · 必修 · 预计 120～160 分钟
【前置要求】完成 2.2 异常处理、调试与日志

【学习目标】
  1. 理解类与实例的概念
  2. 掌握 __init__ 构造函数和属性
  3. 掌握实例方法，并能区分类属性与实例属性
  4. 理解封装、组合、继承与多态的使用边界
  5. 了解常用魔法方法，并能定义简单的业务类

【本课 Python 知识点】
  - class / __init__ / self       - 类属性 / 实例属性
  - 继承 super()                   - 多态
  - 魔法方法 __str__/__repr__ 等   - 私有属性 _ / __

【参考链接】
  官方教程（类）: https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/classes.html
  Python 数据模型: https://docs.python.org/zh-cn/3/reference/datamodel.html
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#  第一部分：类与实例
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class Dog:
    """狗类"""
    species = "Canis familiaris"   # 类属性：所有实例共享

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name           # 实例属性：每个实例独有
        self.age = age

    def bark(self):                # 实例方法：第一个参数通常按约定命名为 self
        return f"{self.name} 汪汪叫"

# 创建实例
my_dog = Dog("旺财", 3)
print(my_dog.name)                 # 旺财
print(my_dog.bark())               # 旺财 汪汪叫
print(my_dog.species)              # Canis familiaris（从类拿到）
print(Dog.species)                 # 类属性也可以直接用类访问

# 思考：类和实例是什么关系？
# 类 = 图纸（模板），实例 = 按图纸造出来的对象。
# 实例的属性是"自己的"，类属性是所有实例共享的。

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#  第二部分：实例方法与类属性
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class Counter:
    """计数器"""
    count = 0                      # 类属性

    def __init__(self, owner):
        self.owner = owner
        self.value = 0

    # 实例方法：操作实例属性
    def increment(self):
        self.value += 1
        Counter.count += 1
        return self.value

c1 = Counter("第一个")
c2 = Counter("第二个")
c1.increment()
c1.increment()
c2.increment()
print(c1.value)                    # 2
print(c2.value)                    # 1
print(Counter.count)               # 3（两个实例共享的类计数）

# 实例方法通过 self 读写某个对象的数据，是最常用的方法。
# 类属性由所有实例共享，应通过类名 Counter.count 明确访问。
# 类方法、静态方法和属性装饰器会在 2.4 学完装饰器原理后再介绍。

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#  第三部分：封装与属性访问
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class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance):
        self.owner = owner
        self._balance = balance     # 约定：单下划线=内部使用（约定）
        self.__secret = "秘密"      # 双下划线会触发名称改写，并非绝对私有

    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self._balance += amount
            return self._balance
        raise ValueError("金额必须为正")

    def get_balance(self):
        """对外暴露只读接口"""
        return self._balance

account = BankAccount("张三", 1000)
account.deposit(500)
print(account.get_balance())       # 1500

# 双下划线私有属性的原理（面试考点）：
# account.__secret → AttributeError
# account._BankAccount__secret → 名称改写后仍然能访问（约定>强制）
# 结论：单下划线表示“内部实现，请勿直接依赖”；双下划线主要防止子类意外重名。
# 它们都不是安全机制，敏感数据不能靠属性命名保护。

# 组合：一个对象把另一个对象作为属性，表达“拥有”关系。
class Engine:
    def start(self):
        return "发动机启动"


class Car:
    def __init__(self, brand, engine):
        self.brand = brand
        self.engine = engine

    def start(self):
        return f"{self.brand}：{self.engine.start()}"


print(Car("示例汽车", Engine()).start())
# “汽车拥有发动机”更适合组合；“猫是一种动物”更适合继承。

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#  第四部分：继承与多态
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class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现")

class Cat(Animal):                  # 继承
    def speak(self):                # 方法重写（override）
        return f"{self.name} 喵喵叫"

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

# 多态：同一个接口，不同的实现
animals = [Cat("咪咪"), Dog("旺财")]
for animal in animals:
    print(animal.speak())
# 咪咪 喵喵叫
# 旺财 汪汪叫

# super()：调用父类方法
class Puppy(Dog):
    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name)        # 调用父类的 __init__
        self.age = age
        self.is_puppy = True

    def speak(self):
        return super().speak() + "（奶声奶气）"

print(Puppy("小旺", 1).speak())     # 小旺 汪汪叫（奶声奶气）

# 多继承会增加方法查找与状态管理难度，本阶段不要求使用。

# 判断类型：
print(isinstance(Puppy("x", 1), Dog))     # True（Puppy 是 Dog 的子类实例）
print(isinstance("str", str))             # True

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#  第五部分：魔法方法
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class Book:
    def __init__(self, title, author):
        self.title = title
        self.author = author
        self._pages = 0

    # __str__：print(obj) 时调用，面向用户的可读描述
    def __str__(self):
        return f"《{self.title}》作者：{self.author}"

    # __repr__：repr(obj) 或调试时调用，面向开发者的精确描述
    def __repr__(self):
        return f"Book(title={self.title!r}, author={self.author!r})"

    # __len__：len(obj) 时调用
    def __len__(self):
        return self._pages

    # __call__：让实例可以像函数一样调用
    def __call__(self, page):
        self._pages += page
        return self._pages

book = Book("三体", "刘慈欣")
print(book)                          # 《三体》作者：刘慈欣（__str__）
print(repr(book))                    # Book(title='三体', author='刘慈欣')（__repr__）
book(100)                            # 调用 __call__，pages=100
book(50)                             # pages=150
print(len(book))                     # 150（__len__）

# 其他常见魔法方法（了解）：
# __eq__/__lt__: 比较运算
# __getitem__:   obj[key]
# __iter__:      让对象可迭代
# __del__:       析构（一般不自己写）

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#  本课小结
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#
# [ ] 能区分类属性与实例属性
# [ ] 知道 _ 和 __ 的区别
# [ ] 能写继承并解释多态
# [ ] 知道 __str__ 和 __repr__ 的区别
# [ ] 能说明组合与继承分别表达什么关系
# [ ] 能用类完成一个带状态与行为的小程序

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#  课后练习（见 exercises/2_3_oop.py）
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