从零开始学Python（九）：面向对象编程

cuizhenjie2026-01-072026-01-06

从零开始学Python（九）：面向对象编程

本系列教程将带你从零开始学习Python编程，无需任何编程基础。

什么是面向对象编程？

面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种编程范式。它使用”对象”来设计软件。

类就像一张设计图纸或模板，对象是根据图纸制造的实际产品。例如”汽车设计图”是类，根据设计图生产的每一辆具体汽车是对象。

面向对象的好处是可以组织代码，将相关的数据和功能组合在一起，重用代码，创建类后可以多次使用，易于维护，修改类的实现不影响使用类的代码。

类和对象

使用 class 关键字定义类。创建对象称为实例化，使用类名加括号的方式。每个对象都有自己的属性值，但共享相同的方法。

类的组成部分

__init__ 方法是构造方法，创建对象时自动调用，用于初始化对象的属性。属性是对象的数据，使用self.属性名的方式定义和访问。方法是对象的行为（函数），定义时第一个参数必须是self，表示对象本身。

类属性和实例属性

类属性属于类本身，所有对象共享。实例属性属于每个对象，互不影响。类属性通常用于定义常量或共享数据，实例属性用于存储每个对象特有的数据。

继承

继承允许一个类获得另一个类的属性和方法。被继承的类称为父类或基类，继承的类称为子类或派生类。子类可以添加新的属性和方法，也可以重写父类的方法。

子类重写父类方法后，可以使用super()函数调用父类的方法。这在需要扩展而不是完全替换父类方法时很有用。

多态

多态允许不同类的对象对同一方法做出不同响应。这意味着可以编写通用的代码处理不同类型的对象，提高代码的灵活性和可扩展性。

实战示例：学生管理系统

让我们创建一个简单的学生管理系统，管理学生信息，包括本科生和研究生。

创建文件 student_system.py：

# 学生管理系统

from datetime import datetime

class Person:
    """人类（基类）"""
    def __init__(self, name, age, id_number):
        self.name = name
        self.age = age
        self.id_number = id_number

    def introduce(self):
        print(f"姓名：{self.name}")
        print(f"年龄：{self.age}")
        print(f"身份证号：{self.id_number}")

    def __str__(self):
        return f"{self.name}（{self.age}岁）"


class Student(Person):
    """学生类"""
    def __init__(self, name, age, id_number, student_id, major):
        super().__init__(name, age, id_number)
        self.student_id = student_id
        self.major = major
        self.courses = {}  # 课程字典：{课程名: 分数}
        self.enrollment_date = datetime.now()

    def enroll_course(self, course_name):
        """选课"""
        if course_name not in self.courses:
            self.courses[course_name] = None
            print(f"{self.name}成功选课：{course_name}")
        else:
            print(f"已经选过{course_name}了")

    def set_score(self, course_name, score):
        """设置课程成绩"""
        if course_name in self.courses:
            if 0 <= score <= 100:
                self.courses[course_name] = score
                print(f"{course_name}成绩已设置为{score}分")
            else:
                print("成绩必须在0-100之间")
        else:
            print(f"未选{course_name}课程")

    def get_gpa(self):
        """计算平均绩点"""
        scores = [s for s in self.courses.values() if s is not None]
        if not scores:
            return 0.0
        return sum(scores) / len(scores)

    def introduce(self):
        """介绍自己"""
        super().introduce()
        print(f"学号：{self.student_id}")
        print(f"专业：{self.major}")
        print(f"已选课程：{len(self.courses)}门")
        if self.courses:
            print("课程成绩：")
            for course, score in self.courses.items():
                score_str = f"{score}分" if score is not None else "未出分"
                print(f"  - {course}：{score_str}")
        print(f"平均分：{self.get_gpa():.2f}")


class Undergraduate(Student):
    """本科生类"""
    def __init__(self, name, age, id_number, student_id, major):
        super().__init__(name, age, id_number, student_id, major)
        self.degree = "本科"

    def can_graduate(self):
        """检查是否可以毕业"""
        completed = [s for s in self.courses.values() if s is not None and s >= 60]
        return len(completed) >= 10 and self.get_gpa() >= 60

    def introduce(self):
        print("=" * 50)
        print("【本科生信息】")
        super().introduce()
        print(f"学位：{self.degree}")
        print(f"毕业状态：{'符合' if self.can_graduate() else '不符合'}条件")
        print("=" * 50)


class Graduate(Student):
    """研究生类"""
    def __init__(self, name, age, id_number, student_id, major, advisor):
        super().__init__(name, age, id_number, student_id, major)
        self.degree = "研究生"
        self.advisor = advisor  # 导师
        self.research_topic = ""  # 研究方向

    def set_research_topic(self, topic):
        """设置研究方向"""
        self.research_topic = topic
        print(f"研究方向已设置为：{topic}")

    def can_graduate(self):
        """检查是否可以毕业"""
        completed = [s for s in self.courses.values() if s is not None and s >= 60]
        return (len(completed) >= 6 and self.get_gpa() >= 75
                and bool(self.research_topic))

    def introduce(self):
        print("=" * 50)
        print("【研究生信息】")
        super().introduce()
        print(f"学位：{self.degree}")
        print(f"导师：{self.advisor}")
        print(f"研究方向：{self.research_topic or '未确定'}")
        print(f"毕业状态：{'符合' if self.can_graduate() else '不符合'}条件")
        print("=" * 50)


def main():
    """主程序"""
    # 创建本科生
    undergrad = Undergraduate(
        name="张三",
        age=20,
        id_number="110101200301011234",
        student_id="2023001",
        major="计算机科学"
    )

    # 创建研究生
    grad = Graduate(
        name="李四",
        age=25,
        id_number="110101199801011234",
        student_id="2023002",
        major="人工智能",
        advisor="王教授"
    )

    # 本科生选课和成绩
    undergrad.enroll_course("Python编程")
    undergrad.enroll_course("数据结构")
    undergrad.enroll_course("算法分析")
    undergrad.enroll_course("操作系统")
    undergrad.set_score("Python编程", 85)
    undergrad.set_score("数据结构", 78)
    undergrad.set_score("算法分析", 92)
    undergrad.set_score("操作系统", 88)
    undergrad.introduce()

    print()

    # 研究生选课和成绩
    grad.enroll_course("机器学习")
    grad.enroll_course("深度学习")
    grad.enroll_course("自然语言处理")
    grad.set_research_topic("大语言模型")
    grad.set_score("机器学习", 90)
    grad.set_score("深度学习", 88)
    grad.set_score("自然语言处理", 92)
    grad.introduce()


if __name__ == "__main__":
    main()