【Python基础 | 第5章】面向对象与异常处理：一文搞懂类、对象、封装、继承、多态

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前言

本文是 Python 基础系列的核心篇章，系统讲解面向对象编程（类、对象、封装、继承、多态、魔法方法、类属性与实例属性）以及异常处理机制。

1. 面向对象

1.1 面向对象基础

面向过程：把一个需求分解成一系列要执行的步骤，然后依次执行（关注流程、步骤），适合简单、线性的任务。

类：一组具有相同属性（特征）和方法（功能/行为）的模板。
对象：面向对象编程的基本单元，是类的实例，将数据和操作打包在一起。

提示：对象是由类创建出来的，一个类可以创建无数个对象，创建对象的过程也叫对象的实例化。

# 定义类class类名:def__init__(self,参数列表):# 函数定义在类里，叫方法self.属性名=参数值# 变量定义在类里，叫属性self.属性名=参数值def方法名(self,形参列表):# 方法体pass# 创建对象对象名=类名(参数值1,参数值2)

示例：

classCar:def__init__(self,brand,name,price):self.brand=brand self.name=name self.price=pricedefrunning(self):print(f"{self.brand}{self.name}正在行驶...")# 创建对象c1=Car("BMW","X5",500000)c1.running()

说明：

• 类名采用大驼峰命名法，每个单词首字母都是大写，单位之间没有分隔符（如UserAccount）。
• __init__是初始化方法，在对象创建时自动调用，用于初始化属性；self代表当前实例，调用时无需传递。
• 通过对象.属性或对象.方法()访问成员。

1.2 封装

封装：将数据（属性）和操作数据的方法（行为）包装在类内部，对外隐藏实现细节，只暴露必要的接口。通过控制属性的访问权限，保证数据安全。

Python 中没有严格的访问控制，通常使用单下划线_或双下划线__表示“受保护的”或“私有的”属性，并提供getter/setter方法

classBankAccount:def__init__(self,owner,balance):self.owner=owner self.__balance=balance# 私有属性# getter 方法：获取余额defget_balance(self):returnself.__balance# setter 方法：修改余额（带校验）defset_balance(self,amount):ifamount<0:print("余额不能为负数")returnself.__balance=amountdefdeposit(self,amount):ifamount>0:self.__balance+=amountprint(amount)# 仅打印存入金额else:print("存款金额必须为正数")defwithdraw(self,amount):if0<amount<=self.__balance:self.__balance-=amountprint(amount)# 仅打印取出金额else:print("余额不足或金额无效")# 存钱acc=BankAccount("张三",1000)acc.deposit(500)# 输出: 500acc.withdraw(200)# 输出: 200print(acc.get_balance())# 输出: 1300# 通过 setter 修改余额acc.set_balance(2000)print(acc.get_balance())# 输出: 2000# 尝试直接访问私有属性会报错（但可通过特殊方式访问，不推荐）# print(acc.__balance) # AttributeError

拓展： 也可以使用@property装饰器来实现封装

@property：定义 getter 方法，当我们获取 balance 的时候，会自动执行这个方法，返回self.__balance
@balance.setter：定义 setter 方法，当执行 acc.balance = 2000 时，会自动调用该方法，将等号右边的值传入。

classBankAccount:def__init__(self,owner,balance):self.owner=owner self.__balance=balance@propertydefbalance(self):returnself.__balance@balance.setterdefbalance(self,amount):ifamount<0:print("余额不能为负数")returnself.__balance=amountdefdeposit(self,amount):ifamount>0:self.__balance+=amountprint(amount)else:print("存款金额必须为正数")defwithdraw(self,amount):if0<amount<=self.__balance:self.__balance-=amountprint(amount)else:print("余额不足或金额无效")# ---------- 使用示例（补充） ----------acc2=BankAccount("李四",2000)print(acc2.balance)# 通过属性直接获取余额，输出 2000acc2.balance=3000# 通过属性直接设置余额（调用 setter）print(acc2.balance)# 输出 3000acc2.deposit(500)# 输出 500print(acc2.balance)# 输出 3500

注意：

• 封装是一种约定和防意外的机制，并非严格的安全保障
• 封装的好处：通过 getter/setter 控制数据读写逻辑，避免外部直接赋值无效值，同时可以在内部进行数据校验、类型转换、以及触发其他操作，提高代码可维护性。

1.3 继承

继承：子类可以继承父类的属性和方法，实现代码复用，并可以在子类中扩展或重写父类的功能。

# 父类classVehicle:def__init__(self,brand,model):self.brand=brand self.model=modeldefstart(self):print(self.brand,self.model,"启动...")# 子类classCar(Vehicle):def__init__(self,brand,model,doors):super().__init__(brand,model)# 调用父类构造方法self.doors=doorsdefhonk(self):print(self.brand,self.model,"鸣笛：滴滴~")# 使用car=Car("BMW","X5",4)car.start()# 输出：BMW X5 启动...car.honk()# 输出：BMW X5 鸣笛：滴滴~

方法重写：子类可以重新定义父类中的方法，提供自己的实现。

classElectricCar(Car):def__init__(self,brand,model,doors,battery):super().__init__(brand,model,doors)self.battery=battery# 重写 start 方法defstart(self):print(self.brand,self.model,"无声启动，电量",self.battery,"kWh")e_car=ElectricCar("Tesla","Model 3",4,75)e_car.start()# 输出：Tesla Model 3 无声启动，电量 75 kWh

注意：

• super()用于调用父类的方法，确保父类的初始化逻辑被执行。
• Python 支持多重继承（一个子类可继承多个父类），但复杂场景下容易引发问题，建议谨慎使用。

1.4 多态

多态：同一操作作用于不同对象时，可以产生不同的执行结果。它允许使用统一的方式处理不同类型的对象，提高代码的灵活性和可扩展性。

defvehicle_test(vehicle):"""统一接口，不同对象表现出不同行为"""vehicle.start()# 创建不同类型的对象vehicles=[Car("Audi","A6",4),ElectricCar("Tesla","Model 3",4,75)]forvinvehicles:vehicle_test(v)# 自动调用各自类中的 start 方法

多态的实现不依赖特殊的语法，只需保证不同类中有相同名称的方法即可。Python 进一步强化了多态：只要对象有需要的方法，就可以当作所需类型使用。

classBicycle:defstart(self):print("自行车开始骑行")vehicles.append(Bicycle())vehicle_test(vehicles[-1])# 输出：自行车开始骑行

1.5 魔法方法

魔法方法（特殊方法）是以双下划线开头和结尾的方法，Python 会在特定场景下自动调用，用于定义类的特殊行为。

示例：

classStudent:def__init__(self,name,score):self.name=name self.score=scoredef__str__(self):returnf"学生：{self.name}，成绩：{self.score}"def__eq__(self,other):returnself.score==other.scoredef__lt__(self,other):returnself.score<other.score s1=Student("张三",85)s2=Student("李四",92)print(s1)# 输出：学生：张三，成绩：85print(s1==s2)# Falseprint(s1<s2)# True

注意：魔法方法不需要手动调用，Python 在相应操作发生时自动调用它们。

1.6 实例属性与类属性

• 实例属性：属于每个具体对象，通过self定义，每个对象独立拥有。
• 类属性：属于类本身，所有实例共享，通过类名或self.__class__访问，常用于配置或共享数据。

classCar:# 类属性（所有实例共享）wheels=4tax_rate=0.1def__init__(self,brand,name,price):# 实例属性（每个对象独立）self.brand=brand self.name=name self.price=pricedeftotal_cost(self):# 访问实例属性 price 和类属性 tax_ratereturnself.price*(1+Car.tax_rate)# 访问类属性print(Car.wheels)# 4c1=Car("BMW","X5",500000)c2=Car("Audi","A6",450000)print(c1.wheels)# 4（通过实例也能访问类属性）print(c2.total_cost())# 495000.0# 修改类属性会影响所有实例Car.tax_rate=0.12print(c1.total_cost())# 560000.0

查找顺序：当通过实例访问属性时，Python 会先查找实例属性，如果不存在则查找类属性。实例属性会“遮盖”同名的类属性，但类属性本身不会被修改。

c1.wheels=3# 为实例 c1 添加实例属性 wheels，不会影响类属性print(c1.wheels)# 3print(Car.wheels)# 4print(c2.wheels)# 4

2. 异常

2.1 定义

异常：程序运行过程中出现的错误，会中断程序的正常执行流程

作用：

• 保证数据、逻辑正确性，避免程序执行混乱
• 在开发阶段，尽量发现更多问题，尽早解决，保障程序正常执行

2.2 异常处理

程序运行过程出现异常，我们可以选择不做处理或捕获异常，如果我们捕获并处理异常，程序会继续执行(编写程序做好预案，出现异常按预案处理)。

当程序处于 try 语句内报错，会从上至下匹配，直到匹配成功，进行解决，程序继续运行

# 定义语法try:可能出现异常的业务代码1可能出现异常的业务代码2...except[异常类型as变量名]出现异常时预案finally:不管是否出现异常都会执行的代码# 示例try:print("=")print(my_name)# 这里没有定义该变量，会被捕获print("=")exceptNameErrorase:print("程序运行报错，错误信息：",e)finally:print("释放资源 ~")

2.3 异常的传递

一场传递就是异常在函数调用中层层上报的过程，直到有人处理它或程序崩溃

deffun1():print("fun1 ... running ...")fun2()# 调用fun2，异常会从这里传递上去deffun2():print("fun2 ... running ...")fun3()# 调用fun3，异常会从这里传递上去deffun3():print("fun3 ... running ...")print(my_color)# NameError: name 'my_color' is not defined，异常在这里发生if__name__=='__main__':fun1()# 调用fun1，异常会沿着调用链传递到这里

结语

本文全面讲解了 Python 面向对象编程（类、对象、封装、继承、多态、魔法方法、属性分类）以及异常处理的核心知识。通过这篇文章，能够理解如何设计类、控制访问、复用代码、处理运行时错误。

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