Python语言的面相对象编程方式初步学习

Python语言是一种高级编程语言，已经广泛应用于Web开发、数据科学、人工智能等领域。而面向对象编程是Python中重要的一部分，它将数据及其操作封装为对象，使程序更加模块化，易于维护和扩展。下面是面向对象编程初步学习的攻略。

1. OOP基础

1.1 类和对象

在Python中，类是一种抽象的模板，用来描述具有相同属性和方法的对象。而对象则是类的实例，具体化了类的属性和方法。下面是一个简单的例子：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}. I'm {self.age} years old.")

p1 = Person("Tom", 20)
p2 = Person("Jerry", 18)

p1.say_hello() # 输出：Hello, my name is Tom. I'm 20 years old.
p2.say_hello() # 输出：Hello, my name is Jerry. I'm 18 years old.

在这个例子中，我们定义了一个Person类，它有两个属性name和age，以及一个方法say_hello，用来打印自我介绍的信息。我们通过类的构造函数__init__来初始化对象的属性，使用self参数来指代当前实例。然后通过实例化p1和p2来创建两个对象，并分别输出它们的自我介绍。

1.2 继承和多态

继承和多态是面向对象编程的两个重要概念。继承可以让一个类从另一个类中继承属性和方法，而多态则指的是同一个接口可以用不同的实例实现。下面我们看一个简单的例子：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def say_hello(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def say_hello(self):
        print(f"{self.name} says: Woof!")

class Cat(Animal):
    def say_hello(self):
        print(f"{self.name} says: Meow!")

animals = [Animal("Tom"), Dog("Lucy"), Cat("Kitty")]

for animal in animals:
    animal.say_hello()

在这个例子中，我们定义一个Animal类，它包含一个属性name和一个方法say_hello。然后我们又定义了Dog和Cat类，它们都继承于Animal类，并实现了自己的say_hello方法。最后我们创建一个Animal、一个Dog和一个Cat对象并把它们存入一个list中，然后遍历这个list并依次调用对象的say_hello方法。

运行程序后，我们可以看到输出：

Tom says: 
Lucy says: Woof!
Kitty says: Meow!

这说明通过继承和多态的方式，我们可以很方便地定义出多个类型的对象，并实现它们各自的行为。

2. OOP实践

2.1 实现一个银行账户类

下面我们来通过实践来巩固OOP的基础知识。假设我们要实现一个银行账户类，它包含账户号码、账户余额和账户所有人等属性，以及取款、存款等方法。我们可以这样实现：

class BankAccount:
    def __init__(self, account_number, balance, owner):
        self.account_number = account_number
        self.balance = balance
        self.owner = owner

    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount
        print(f"Deposit {amount} successfully, balance: {self.balance}.")

    def withdraw(self, amount):
        if self.balance >= amount:
            self.balance -= amount
            print(f"Withdraw {amount} successfully, balance: {self.balance}.")
        else:
            print("Insufficient funds.")

在这个例子中，我们定义了一个BankAccount类，它有三个属性：account_number、balance和owner。我们通过构造函数__init__来初始化这些属性。然后我们又定义了两个方法deposit和withdraw，用来存款和取款。如果有足够的余额，我们就更新账户余额并输出成功信息，否则输出“Insufficient funds.”。

2.2 实现一个拼图游戏

我们再来看一个稍微复杂点的例子，实现一个拼图游戏。假设我们有一个3x3、1-9的拼图，要求通过移动拼图的位置，使得它按照从左到右、从上到下的顺序排列。我们可以这样实现：

class Puzzle:
    def __init__(self):
        self.board = [[1, 2, 3],
                      [4, 5, 6],
                      [7, 8, 9]]
        self.zero_index = [2, 2]

    def move(self, dx, dy):
        nx = self.zero_index[0] + dx
        ny = self.zero_index[1] + dy
        if nx < 0 or nx > 2 or ny < 0 or ny > 2:
            return False
        self.board[self.zero_index[0]][self.zero_index[1]] = self.board[nx][ny]
        self.board[nx][ny] = 0
        self.zero_index = [nx, ny]
        return True

    def is_solved(self):
        count = 1
        for i in range(3):
            for j in range(3):
                if self.board[i][j] != count:
                    return False
                count += 1
        return True

    def print_board(self):
        for i in range(3):
            for j in range(3):
                print(self.board[i][j], end=' ')
            print()
        print()

在这个例子中，我们定义了一个Puzzle类，它有一个属性board存储拼图的状态，以及一个属性zero_index记录0这个数字在拼图中的位置。我们又定义了三个方法：move方法用来移动拼图的0这个数字，is_solved方法用来判断拼图是否已经成功解决，print_board方法用来输出拼图的状态。

我们先来看一下move方法。我们通过传入参数dx和dy来指定0这个数字在拼图中的移动方向。然后判断0这个数字能否移动到目标位置，如果不能，则返回False，否则更新拼图的状态并更新zero_index的值，然后返回True。

is_solved方法比较简单，它是通过判断拼图中的数字是否按照顺序排列来确定拼图是否已经成功解决的。

最后我们来看一下print_board方法。这个方法比较简单，它用循环遍历拼图的状态并输出，使我们能够清晰地看到拼图的状态。

我们可以使用下面的代码来测试我们的拼图游戏：

p = Puzzle()
p.print_board()
while not p.is_solved():
    direction = input("Input direction (up/down/left/right): ")
    if direction == "up":
        p.move(-1, 0)
    elif direction == "down":
        p.move(1, 0)
    elif direction == "left":
        p.move(0, -1)
    elif direction == "right":
        p.move(0, 1)
    else:
        print("Invalid direction.")
        continue
    p.print_board()
print("Congratulations! You have solved the puzzle.")

在运行程序后，用户可以通过输入方向指令来移动拼图，最终当拼图被成功解决后，程序输出“Congratulations! You have solved the puzzle.”。

通过这个拼图游戏的例子，我们可以更好地理解面向对象编程的思想，也可以体会到面向对象编程在编写程序时的便利性。