Day 12 : 物件导向

在进入机器学习之前，想先大家深入了解一些 python 的进阶操作。接下来的操作会有点抽象，请好好品嚐

回到主题，什麽是物件导向程序设计？大家或多或少打开别人写的程序码会看到 class (类别)，写成这个样式有什麽优点吗？以下列举三项：

提供软件的重复利用性
扩充性
方便维护

我们接着会将想实作的概念抽象化，方便大家使用。python 的套件基本上都是一个个物件哦！前面介绍的 pandas、matplotlib、seaborn，原始码都是写成物件导向。

OS：若想要往更高阶的 python 技巧，物件导向可是非常重要一定要会的！

1. 类别的定义与使用

定义一个物件有的属性(attribute)和方法(method)，举例定义一个动物，他的名称和颜色是属性，而动作是方法。Animal 是一个类别名称，在类别内定义的变数称为属性、而定义的函式为方法。提醒一下这边开始会看到很多 self 的关键字，这个代表自己的意思(想像成英文的代名词)，楼下这个 self 就是 animal。

你会在每个 method 最前面的第一个参数都必定写 self

class Animal:
    
    # 定义属性 (Attribut)
    name = '小黑'
    color = '黑色'
    
    # 定义方法 (Method)
    def walk(self):
        return '走路'

若想操作类别的属性和方法，必须先宣告实体化该物件

object.属性：物件里定义好的属性，举例汽车是一个物件，颜色就是它的属性。
object.方法()：物件里定义好的方法(就是function)，举例汽车是一个物件，开车就是它的方法。
实体化：基本上是把物件指向某个变数，例如汽车是一个物件，所以我写 x = 汽车()

# 先实体化後指定给该变数，而该变数则为物件
a = Animal()
print("Type :", type(a))
print("Attribute 1 :", a.name)
print("Attribute 2 :", a.color)
print("Method :", a.walk())
>>> Type : <class '__main__.Animal'>
    Attribute 1 : 小黑
    Attribute 2 : 黑色
    Method : 走路

2. 类别的建构元

在建立物件的同时，程序会自动执行的方法称为建构元，又称为初始化。

这个通常是我们写物件的「起手式」。

class Animal:
    
    def __init__(self, name, color):
        print("Initialize")
        self.name = name
        self.color = color
    
    def call(self):
        print(f"The color of my {self.name} is {self.color}")

# 实体化的时候就会进行初始化的动作
a = Animal('小黑', '黑色')
>>> Initialize
a.call()
>>> The color of my 小黑 is 黑色
print(a.name)
>>> 小黑

小小提醒

self.radius 是物件的属性
radius 是 __init__ 的区域变数

class Circle:
    
    def __init__(self):
        self.radius = 10
        radius = 5

c = Circle()
c.radius
>>> 10

3. 类别变数

(1) 可以直接存取该类别变数，而该类别变数与 Car 类别的任何物件无关

class Car:
    wheel_num = 4
    
    def __init__(self, brand):
        self.brand = brand
    
    def drive(self):
        print(f"It has {Car.wheel_num} wheels.")
        print(f"I can drive my {self.brand} car.")

Car.wheel_num
>>> 4

c = Car('Toyota')
c.drive()
>>> It has 4 wheels.
    I can drive my Toyota car.

class Tricycle:
    wheel_num = 3
    
    def __init__(self, brand):
        self.brand = brand
    
    def drive(self):
        print(f"It has {Car.wheel_num} wheels.")
        print(f"I can drive my {self.brand} car.")

c = Tricycle('Toyota')
c.drive()
>>> It has 4 wheels.
    I can drive my Toyota car.

(2) 如果用类别名称来存取变数会有缺点，当有一天这个类别 Car 改成其他名称就会出错
以下可以改成用 __class__ 的方式取代 Car.wheel_num

class Car:
    wheel_num = 4
    
    def __init__(self, brand):
        self.brand = brand
    
    def drive(self):
        print(f"It has {self.__class__.wheel_num} wheels.")
        print(f"I can drive my {self.brand} car.")

c = Car('Toyota')
c.drive()
>>> It has 4 wheels.
    I can drive my Toyota car.

(3) 建立物件变数并没有修改到类别变数

class Circle:
    pi = 3.14
    
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
        
    def calculate_area(self):
        self.area = (radius**2) * self.__class__.pi

倘若我去实例化去修改它，c2.pi 、Circle.pi 没有仍然被修改到

c1 = Circle(1)
c2 = Circle(2)
c1.pi = 3.14159
print("c1.pi:", c1.pi)
print("c2.pi:", c2.pi)
print("Circle.pi:", Circle.pi)
>>> c1.pi: 3.14159
    c2.pi: 3.14
    Circle.pi: 3.14

4. 私有属性与方法

刚刚介绍的类别，其类别内的属性与方法都可以让外部引用，称为公有属性或公有方法

如果我们想要隐密一点，创建私有的属性和方法，则称为「封装」(Encapsulation)。

class Bank:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.balance = 0
        
    def save_money(self, money):
        self.balance += money
        
    def withdraw_money(self, money):
        self.balance -= money
    
    def show_money(self):
        print(f"{self.name} balance is NT${self.balance}.")

b = Bank("David")
b.save_money(1500)
b.show_money()
>>> David balance is NT$1500.

b.balance = 100000000
b.show_money()
>>> David balance is NT$100000000.

为了避免有心人士窜改数据，我们要求外部不得直接更改数据

class Bank:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.__balance = 0
        
    def save_money(self, money):
        self.__balance += money
        
    def withdraw_money(self, money):
        self.__balance -= money
    
    def show_money(self):
        print(f"{self.name} balance is NT${self.__balance}.")

b = Bank("David")
b.balance = 100000000
b.show_money()
>>> David balance is NT$0.

私有属性其实只是换上不同名称(python将该属性的名称做调整)，告诉其他开发者说这个不要串改或使用

b._Bank__balance = 10000000
b.show_money()
>>> David balance is NT$10000000.

小小提醒

除了双底线开头的私有变数之外，单底线开头(不以底线结尾)的变数也算是私有变数

这是属於约定俗成的写法，依旧可以存取

虽然可以存取，但别人设定写私有就不要随意取用

其他资源参考

5. 类别的继承

我们想定义动物的物件，目前我家只养了两只动物就要写两个物件

但一旦到了动物园，有很多动物，每个动物叫声(方法)都不太一样，那不就要写很多次吗？

我们是不是可以用抽象的方式来定义呢？

class Dog:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def sleep(self):
        print("I like sleeping.")
    
    def bark(self):
        print("bark bark bark")

class Cat:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def sleep(self):
        print("I like sleeping.")
        
    def meow(self):
        print("meow meow meow")

上述的做法没有不对，但是不够好

改良一下把他们抽象化一点，把一样的东西抽出来，加上继承吧！

class Animals:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        print(f"My name is {self.name}")
        
    def talk(self):
        pass
    
class Dog(Animals):
    
    def __init__(self, dog_name):
        super().__init__(dog_name)
    
    def talk(self):
        print("bark bark bark")

class Cat(Animals):
    
    def __init__(self, cat_name):
        super().__init__(cat_name)
    
    def talk(self):
        print("meow meow meow")

实际呼叫看看吧！

d = Dog('小黑')
d.talk()
>>> My name is 小黑
    bark bark bark

c = Cat('小皮')
c.talk()
>>> My name is 小皮
    meow meow meow

在物件导向的程序设计，类别是可以被继承的哦！

被继承的类别为父类别；继承的类别为子类别

小小提醒

类别定义外的私有属性或方法，子类别无法读取，使用上请注意！

class Animals:
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        print(f"My name is {self.name}")
        
    def talk(self):
        pass
    
    def author(self):
        self.__title = 'Erik'
        
    def author_title(self):
        return self.__title
    
class Dog(Animals):
    
    def __init__(self, dog_name):
        super().__init__(dog_name)
    
    def talk(self):
        print("bark bark bark")

class Cat(Animals):
    
    def __init__(self, cat_name):
        super().__init__(cat_name)
    
    def talk(self):
        print("meow meow meow")

d = Dog('小黑')
>>> My name is 小黑
# 无法直接取得！
d.author()
d.__title()
>>> AttributeError: 'Dog' object has no attribute '__title'
# 我有给你方法，所以请透过我！
d.author_title()
>>> 'Erik'

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