Python的物件與類別

Python以物件(object)的方式看待、處理資料

Python是一種物件導向程式語言，從資料、變數到函式，都被視為「物件」(Object)來處理，物件包含以下元素

• 名稱：用來稱呼這個物件
• 資料型態: 設定物件的用途
• 唯一的id: 用來區別不同物件
• 值：真正的資料內容
• 參考計數: 追蹤這物件被使用的頻率

例如宣告一個變數x = 1，在Python的設計觀點：

• 使用者宣告了一個變數物件，賦予名稱為x
• 系統賦予一個識別用的id
• 這個物件的資料值指定為1
• 因為存放數值1，此物件資料型態是integer

以上是Python內建的資料型別變數物件，在這個章節中，我們將介紹，使用者怎麼自訂物件，處理客製化資料。

什麼是物件

物件(object)是一種資料型態，由屬性（Attribute)與方法(Method)組成。

屬性以變數形式表示，一個物件可以包含多個屬性，例如一個多邊形物件的顏色、長度。

方法以函式來表示，一個物件可以包含多個函式，例如一個多邊形物件可以被計算面積、體積

什麼是類別

類別（Class），就是用來建立物件的方法。

你必須定義類別，來指出一個物件包含哪些屬性跟方法。

定義類別

例如你想定義一個銀行帳號的物件

• 屬性包括帳號代碼（number）跟戶名（name)、跟餘額(balance)
• 方法包括存款（deposit）與提款（withdraw）
  參考語法如下。

class Account:
    def __init__(self, number, name):
        self.number = number
        self.name = name
        self.balance = 0
        
    def deposit(self, amount):  #存款動作: amount代表存入金額
        if amount <= 0:
            print('must be positive')
        self.balance += amount
        
    def withdraw(self, amount): #取款動作: amount代表取款金額
        if amount <= self.balance:
            self.balance -= amount
        else:
            print('balance not enough')

從類別中建立物件

通常也被稱為實例(Instance)

延續上面的程式碼，我們建立兩個帳號資料物件，分別是：

• Account1
  • number:S00001
  • name:AAA
• Account2
  • number:S00002
  • name: BBB

參考程式碼如下：

class Account:
    def __init__(self, number, name):
        self.number = number
        self.name = name
        self.balance = 0
        
    def deposit(self, amount):  #存款動作: amount代表存入金額
        if amount <= 0:
             print("Error!")
        self.balance += amount
        
    def withdraw(self, amount): #取款動作: amount代表取款金額
        if amount <= self.balance:
            self.balance -= amount
        else:
            print("Error!")

#建立account 1
account1 = Account("S00001", "AAA")
account1.deposit(1000)              #存入1000
print(account1.balance)

#建立account 2
account2 = Account("S00002", "BBB")
account2.deposit(2000)              #存入2000
print(account2.balance)

不預先定義屬性的作法

Python允許在物件生成階段，再進行屬性的定義，例如下方例子的第16, 17行。

class Account:
    pass

def deposit(acct, amount):
    if amount <= 0:
        raise ValueError('must be positive')
    acct.balance += amount
       
def withdraw(acct, amount):
    if amount <= acct.balance:
        acct.balance -= amount
    else:
        raise RuntimeError('balance not enough')
        
acct = Account()
acct.number = '123-456-789'
acct.name = 'Justin'
acct.balance = 0

print(acct.number)    # 123-456-789
print(acct.name)      # Justin

deposit(acct, 100)
print(acct.balance)   # 100
withdraw(acct, 50)
print(acct.balance)   # 50

隨堂練習

請宣告一個class CRectangle(長方形類別)

• 它的屬性包括長width跟寬height
• 函式是area(width, height)，用來計算面積

請使用此class，生成一個長寬2x3的rectangle1物件，並且呼叫他的area方法，輸出它的面積

參考程式碼

class CRectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
        
    def area(self):
      area = self.width * self.height
      return area

rectangle1 = CRectangle(2,3)
rectangle1.area()
print(rectangle1.area())

類別的繼承

我們從這個例子出發，有兩個class，都有drive這個方法，根據物件導向設計原則，我們應該使用繼承這個技巧，來優化程式碼，方便後續維護。

# 汽車類別
class Car:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")
    # 加速方法
    def accelerate(self):
        print("accelerate method is called.")
# 飛機類別
class Airplane:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")
    # 飛行方法
    def fly(self):
        print("fly method is called.")

繼承作法如下，我們新增一個class Transpotation，也就是交通工工具的類別，然後讓原本的兩個classCar, Airplane繼承它，所以這兩個class都不用再實作自己的drive方法了。

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 建構式
    def __init__(self):
        self.color = "white"  #顏色屬性
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")
# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 加速方法
    def accelerate(self):
        print("accelerate is method called.")
# 飛機子類別
class Airplane(Transportation):
    # 飛行方法
    def fly(self):
        print("fly method is called.")

方法覆寫(Method Overriding)

當子類別中定義了和父類別同名的方法(Method)，這時候子類別的物件(Object)呼叫這個同名方法時，其中的實作內容將會覆蓋掉父類別的同名方法，這就叫做方法覆寫(Method Overriding)，如下範例：

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Base class drive method is called.")
# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Sub class drive method is called.")
        
car1 = Car()
car1.drive()

如果我們想在子類別中執行父類別的方法時，則可以使用super()內建方法來達成，如下範例：

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Base class drive method is called.")
# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        super().drive()
        print("Sub class drive method is called.")
        
car1 = Car()
car1.drive()

從執行結果可以看到，子類別透過super()內建方法執行父類別的drive()方法後，接著執行子類別的方法後續實作。

隨堂練習

請創造一個class，CPolygon多邊形

• 屬性有line1, line2
• 方法有area()計算面積

再宣告兩個class，CTriangle與CRectangle，繼承CPolygon，各自實作自己的area()進行面積計算。

• CTriangle.area(): 三角形面積公式
• CRectangle.area(): 長方形面積公式

請使用以上兩個class，各自生成物件triangle1(2,3)和rectangle1(2,3)，並且使用它們的方法，計算面積並輸出。

參考程式碼

class CPolygon:
    def __init__(self, line1, line2):
      self.line1 = line1
      self.line2 = line2    

    def area(self):
        print("area")

class CTriangle(CPolygon):
    def area(self):
        area = (self.line1 * self.line2)/2
        return area

class CRectangle(CPolygon):
    def area(self):
        area = self.line1 * self.line2
        return area

triangle1 = CTriangle(2,3)
print(triangle1.area())

rectangle1 = CRectangle(2,3)
print(rectangle1.area())

類別的進階使用技巧

• 多重繼承
• 屬性存取
• 聚合與組合

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