在 Python 中，类是面向对象编程的核心。它将数据与行为封装在一起，提供了一个模块化的方式来组织代码。类的三大特性是：封装、继承、多态。这些特性是构建灵活、可维护和可扩展代码的基石。下面对这三个特性进行详细的讲解。
1. 封装（Encapsulation）
封装是指将数据（属性）和操作数据的方法（行为）绑定到一起，并对外隐藏实现细节，仅暴露必要的接口。这使得类的内部细节对外部保持透明，同时保护类中的数据不被外部任意修改。
实现方式：
- 私有属性和方法：通过在属性或方法名前加下划线
_或双下划线__，实现部分或完全隐藏。 - 公有接口：通过公开方法或属性与外部交互。
优点：
- 提高代码的安全性：限制外部直接访问，防止意外修改数据。
- 简化复杂度：对外隐藏不必要的实现细节。
示例：
class Account:def __init__(self, owner, balance):self.owner = owner # 公有属性self.__balance = balance # 私有属性def deposit(self, amount):if amount > 0:self.__balance += amountprint(f"Deposit successful. New balance: {self.__balance}")else:print("Deposit amount must be positive.")def withdraw(self, amount):if 0 < amount <= self.__balance:self.__balance -= amountprint(f"Withdrawal successful. New balance: {self.__balance}")else:print("Invalid withdrawal amount.")def get_balance(self):return self.__balance# 使用封装
acc = Account("Alice", 1000)
print(acc.owner) # 访问公有属性
acc.deposit(200) # 通过方法修改私有属性
print(acc.get_balance()) # 通过公有接口获取私有属性值# print(acc.__balance) # 会报错：AttributeError
2. 继承（Inheritance）
继承是面向对象中用于实现代码复用的重要机制。子类可以继承父类的属性和方法，同时可以扩展或重写父类的功能。
实现方式：
- 使用父类构建子类：
class Subclass(ParentClass): - 子类自动继承父类的所有公有属性和方法。
- 子类可以通过重写（override）实现特定功能。
优点：
- 提高代码复用性：子类继承父类的功能，无需重复编写。
- 提供扩展性：子类可以在父类的基础上扩展新功能。
示例：
# 定义父类
class Animal:def __init__(self, name):self.name = namedef speak(self):raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method.")# 定义子类
class Dog(Animal):def speak(self):return f"{self.name} says Woof!"class Cat(Animal):def speak(self):return f"{self.name} says Meow!"# 使用继承
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Kitty")print(dog.speak()) # Buddy says Woof!
print(cat.speak()) # Kitty says Meow!
3. 多态（Polymorphism）
多态是指同一个方法名在不同类中具有不同的实现。通过多态，程序可以忽略对象的具体类型，统一调用方法。
实现方式：
- 多态通常通过方法重写（method overriding）实现。
- Python 的动态类型特性使多态易于实现。
优点：
- 提高代码的灵活性：可以以统一的方式调用不同对象的方法。
- 提供扩展性：在不改变调用代码的情况下，添加新的子类即可扩展功能。
示例：
# 基类
class Shape:def area(self):raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method.")# 子类
class Circle(Shape):def __init__(self, radius):self.radius = radiusdef area(self):return 3.14 * self.radius ** 2class Rectangle(Shape):def __init__(self, width, height):self.width = widthself.height = heightdef area(self):return self.width * self.height# 多态示例
def print_area(shape):print(f"The area is {shape.area()}")circle = Circle(5)
rectangle = Rectangle(4, 6)print_area(circle) # The area is 78.5
print_area(rectangle) # The area is 24
总结：三大特性的差异与联系
| 特性 | 定义 | 实现方式 | 优点 |
|---|---|---|---|
| 封装 | 数据和方法的绑定与隐藏 | 使用私有属性、方法及公有接口 | 提高安全性，隐藏细节 |
| 继承 | 子类继承父类属性和方法 | class Subclass(ParentClass) | 提高代码复用性，提供扩展性 |
| 多态 | 同一方法在不同类中有不同实现 | 子类重写父类方法 | 提高代码灵活性与扩展性 |
联系：
- 封装是类的基础，它将数据与行为绑定起来，为继承和多态提供了基本结构。
- 继承是代码复用的核心，为多态提供了实现机制。
- 多态是继承的直接体现，使得不同对象可以以统一的方式操作，提高系统灵活性。
