编程与数学 02-017 Python 面向对象编程 03课题、属性和方法

编程与数学 02-017 Python 面向对象编程 03课题、属性和方法

• 一、属性（Attributes）
• • • 定义
    • (1) 实例属性
    • (2) 类属性
    • (3) 动态添加属性
    • (4) 属性访问控制
• 二、方法（Methods）
• • • 定义
    • (1) 实例方法
    • (2) 类方法（`@classmethod`）
    • (3) 静态方法（`@staticmethod`）
    • 对比总结
• 三、特殊方法（魔术方法）
• • • (1) 常用魔术方法
    • (2) 示例
• 四、属性装饰器（`@property`）
• • • (1) 基本用法
    • (2) 用途
• 五、概念总结
• 六、应用场景
• 全文总结

摘要：本文系统讲解Python面向对象编程中的属性与方法：区分实例属性与类属性，介绍实例、类、静态方法及魔术方法，展示@property实现属性控制与数据验证，并给出典型应用场景，帮助开发者构建高内聚低耦合的代码。

关键词：Python、面向对象、实例属性、类属性、实例方法、类方法、静态方法、魔术方法、@property、数据验证

人工智能助手：Kimi

一、属性（Attributes）

定义

属性是存储在对象或类中的数据，表示对象的状态。分为：

• 实例属性：属于特定对象。
• 类属性：属于类本身，所有实例共享。

(1) 实例属性

通过 self 在 __init__ 方法中初始化，每个对象独享一份。

class Dog:
def __init__(self, name):
self.name = name # 实例属性

dog1 = Dog("Buddy")
dog2 = Dog("Max")
print(dog1.name) # 输出: Buddy
print(dog2.name) # 输出: Max (实例属性互不影响)

(2) 类属性

在类内部直接定义，所有实例共享。

class Dog:
species = "Canis familiaris" # 类属性

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

dog1 = Dog("Buddy")
dog2 = Dog("Max")
print(dog1.species) # 输出: Canis familiaris
print(dog2.species) # 输出: Canis familiaris (共享类属性)

(3) 动态添加属性

Python 允许在运行时动态添加属性。

dog1.age = 3 # 动态添加实例属性
Dog.color = "brown" # 动态添加类属性

(4) 属性访问控制

• 公有属性：直接访问（如 obj.attr）。
• “私有”属性：约定用 _ 或 __ 前缀（非强制）。

class MyClass:
def __init__(self):
self._protected = 123 # 提示受保护（约定）
self.__private = 456 # 名称修饰（实际变为 _MyClass__private）

obj = MyClass()
print(obj._protected) # 可以访问（但约定不推荐）
print(obj.__private) # 报错！实际需访问 obj._MyClass__private

二、方法（Methods）

定义

方法是定义在类中的函数，用于描述对象的行为。分为：

• 实例方法：操作实例数据。
• 类方法：操作类属性。
• 静态方法：与类无关的工具函数。

(1) 实例方法

第一个参数为 self，指向调用该方法的实例。

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

def bark(self): # 实例方法
print(f"{self.name} says woof!")

dog = Dog("Buddy")
dog.bark() # 输出: Buddy says woof!

(2) 类方法（@classmethod）

• 第一个参数为 cls，指向类本身。
• 用于修改类状态或创建工厂方法。

class Dog:
species = "Canis familiaris"

@classmethod
def get_species(cls):
return cls.species

print(Dog.get_species()) # 输出: Canis familiaris

(3) 静态方法（@staticmethod）

无 self 或 cls 参数，仅是类的工具函数。

class Math:
@staticmethod
def add(a, b):
return a + b

print(Math.add(2, 3)) # 输出: 5

对比总结

三、特殊方法（魔术方法）

以双下划线 __ 包围的方法，用于重载操作符或定义对象行为。

(1) 常用魔术方法

(2) 示例

class Vector:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y

def __add__(self, other): # 重载 +
return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)

def __str__(self): # 定义打印格式
return f"Vector({self.x}, {self.y})"

v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
print(v1 + v2) # 输出: Vector(4, 6)

四、属性装饰器（@property）

将方法伪装成属性，用于控制属性访问。

(1) 基本用法

class Circle:
def __init__(self, radius):
self._radius = radius # 保护属性

@property
def radius(self): # 获取属性
return self._radius

@radius.setter
def radius(self, value): # 设置属性
if value < 0:
raise ValueError("Radius cannot be negative")
self._radius = value

@property
def area(self): # 只读属性
return 3.14 * self._radius 2

c = Circle(5)
print(c.radius) # 输出: 5 (像属性一样调用方法)
c.radius = 10 # 调用 setter
print(c.area) # 输出: 314.0 (只读)

(2) 用途

• 数据验证（如限制 radius 不能为负）。
• 动态计算属性（如 area 基于 radius 实时计算）。
• 向后兼容（将方法改为属性不影响现有代码）。

五、概念总结

六、应用场景

通过灵活使用属性和方法，可以构建高内聚、低耦合的面向对象 Python 代码！

全文总结

本文围绕Python面向对象编程的核心概念展开，首先厘清属性类别：实例属性由对象独享，在__init__中用self初始化；类属性由类本身持有，所有实例共享，可直接修改。接着按调用方式将方法分为三类：实例方法以self操作对象数据；类方法用@classmethod以cls操作类状态，常用于工厂模式；静态方法用@staticmethod，是无状态的独立工具函数。随后介绍以双下划线包围的魔术方法，通过重载__add__、__str__等让对象支持+、print等原生语法。文章重点示范@property装饰器：把方法伪装成属性，实现getter、setter，可在访问时实时校验或计算，保障数据安全与接口一致。最后给出常见场景：用实例属性保存对象状态、类属性存放全局配置、类方法构造多态实例、静态方法提供数学工具、@property完成动态计算与边界校验。掌握这些机制，开发者即可写出结构清晰、可扩展、易维护的Python面向对象代码。