11-面向对象（上）：从生活中的类比说起

你好，我是悦创。

很多朋友最开始学编程的时候，是从 C++ 或者 JAVA 语言入手的。他们好不容易磕磕绊绊地搞懂了最基本的数据类型、赋值判断和循环，却又迎面撞上了 OOP (object oriented programming) 的大墙，一头扎进公有私有保护、多重继承、多态派生、纯函数、抽象类、友元函数等一堆专有名词的汪洋大海中找不到彼岸，于是就放弃了进阶之路。

相比之下，Python 是一门相对友好的语言，它在创立之初就鼓励命令交互式的轻量级编程。理论上，Python 的命令式语言是图灵完备open in new window的, 也就是说命令式语言，理论上可以做到其他任何语言能够做到的所有的事情，甚至进一步，仅仅依靠汇编语言的 MOV 指令，就能实现图灵完备编程。

那么为什么不这样做呢？其实，“上古时代”的程序员就是这么做的，可是随着程序功能复杂性的逐步提升，以及需求的不断迭代，很多老旧的代码修改起来麻烦无比，牵一发而动全身，根本无法迭代和维护，甚至只能推倒重来，这也是很多古老的代码被称为“屎山”的原因。

传统的命令式语言有无数重复性代码，虽然函数的诞生减缓了许多重复性，但随着计算机的发展，只有函数依然不够，需要把更加抽象的概念引入计算机才能缓解（而不是解决）这个问题，于是 OOP 应运而生。

Python 在 1989 年被一位程序员打发时间创立之后，一步步攻城掠地飞速发展，从最基础的脚本程序，到后来可以编写系统程序、大型工程、数据科学运算、人工智能，早已脱离了当初的设计，因此一些其他语言的优秀设计之处依然需要引入。我们必须花费一定的代价掌握面向对象编程，才能跨越学习道路中的瓶颈期，走向下一步。

接下来，我将用两节课来讲解面向对象编程，从基础到实战。第一讲，我将带你快速但清晰地疏通最基础的知识，确保你能够迅速领略面向对象的基本思想；第二讲，我们从零开始写一个搜索引擎，将前面所学知识融会贯通。

这些内容可能和你以往看到的所有教程都不太一样，我会尽可能从一个初学者的角度来审视这些难点。同时我们面向实战、面向工程，不求大而全，但是对最核心的思想会有足够的勾勒。我可以保证内容清晰易懂，但想要真正掌握，仍要求你能用心去阅读和思考。真正的提高，永远要靠自己才能做到。

# 1. 对象，你找到了吗？

我们先来学习，面向对象编程中最基本的概念。

为了方便你理解其中的抽象概念，我先打个比方带你感受一下。生物课上，我们学过“界门纲目科属种”的概念，核心思想是科学家们根据各种动植物、微生物的相似之处，将其分化为不同的类型方便研究。生活中我们也是如此，习惯对身边的事物进行分类：

• 猫和狗都是动物；
• 直线和圆都是平面几何的图形；
• 《哈利波特》和《冰与火之歌》（即《权力的游戏》）都是小说。

自然，同一类事物便会有着相似的特性：

• 动物会动；
• 平面图形有面积和周长；
• 小说也都有相应的作者和大致情节等各种元素。

那回到我们的 Python 上，又对应哪些内容呢？这里，我们先来看一段最基本的 Python 面向对象的应用代码，不要被它的长度吓到，你无需立刻看懂所有代码，跟着节奏来，我会一点点为你剖析。

class Document():
    def __init__(self, title, author, context):
        print('init function called')
        self.title = title
        self.author = author
        self.__context = context # __开头的属性是私有属性

    def get_context_length(self):
        return len(self.__context)

    def intercept_context(self, length):
        self.__context = self.__context[:length]

harry_potter_book = Document('Harry Potter', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')

print(harry_potter_book.title)
print(harry_potter_book.author)
print(harry_potter_book.get_context_length())

harry_potter_book.intercept_context(10)

print(harry_potter_book.get_context_length())

print(harry_potter_book.__context)

########## 输出 ##########

init function called
Harry Potter
J. K. Rowling
77
10

---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-b4d048d75003> in <module>()
     22 print(harry_potter_book.get_context_length())
     23 
---> 24 print(harry_potter_book.__context)

AttributeError: 'Document' object has no attribute '__context'

参照着这段代码，我先来简单解释几个概念。

• 类：一群有着相似性的事物的集合，这里对应 Python 的 class。
• 对象：集合中的一个事物，这里对应由 class 生成的某一个 object，比如代码中的 harry_potter_book。
• 属性：对象的某个静态特征，比如上述代码中的 title、author 和 __context。
• 函数：对象的某个动态能力，比如上述代码中的 intercept_context() 函数。

当然，这样的说法既不严谨，也不充分，但如果你对面向对象编程完全不了解，它们可以让你迅速有一个直观的了解。

这里我想多说两句。回想起当年参加数学竞赛时，我曾和一个大佬交流数学的学习，我清楚记得我们对数学有着相似的观点：很多数学概念非常抽象，如果纯粹从数理逻辑而不是更高的角度去解题，很容易陷入僵局；而具体、直观的想象和类比，才是迅速打开数学大门的钥匙。虽然这些想象和类比不严谨也不充分，很多时候甚至是错误或者异想天开的，但它们确实能帮我们快速找到正确的大门。

就像很多人都有过的一个疑惑，“学霸是怎样想到这个答案的？”。德国数学家克莱因曾说过，“推进数学的，主要是那些有卓越直觉的人，而不是以严格的证明方法见长的人。”编程世界同样如此，如果你不满足于只做一个 CRUD“码农”，而是想成为一个优秀的工程师，那就一定要积极锻炼直觉思考和快速类比的能力，尤其是在找不到 bug 的时候。这才是编程学习中能给人最快进步的方法和路径。

言归正传，继续回到我们的主题，还是通过刚刚那段代码，我想再给类下一个更为严谨的定义。

类，一群有着相同属性和函数的对象的集合。

虽然有循环论证之嫌（lol），但是反复强调，还是希望你能对面向对象的最基础的思想，有更真实的了解。清楚记住这一点后，接下来，我们来具体解读刚刚这段代码。为了方便你的阅读学习，我把它重新放在了这段文字下方。

class Document():
    def __init__(self, title, author, context):
        print('init function called')
        self.title = title
        self.author = author
        self.__context = context # __开头的属性是私有属性

    def get_context_length(self):
        return len(self.__context)

    def intercept_context(self, length):
        self.__context = self.__context[:length]

harry_potter_book = Document('Harry Potter', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')

print(harry_potter_book.title)
print(harry_potter_book.author)
print(harry_potter_book.get_context_length())

harry_potter_book.intercept_context(10)

print(harry_potter_book.get_context_length())

print(harry_potter_book.__context)

########## 输出 ##########

init function called
Harry Potter
J. K. Rowling
77
10

---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-b4d048d75003> in <module>()
     22 print(harry_potter_book.get_context_length())
     23 
---> 24 print(harry_potter_book.__context)

AttributeError: 'Document' object has no attribute '__context'

可以看到，class Document 定义了 Document 类，再往下能看到它有三个函数，这三个函数即为 Document 类的三个函数。

其中，__init__ 表示构造函数，意即一个对象生成时会被自动调用的函数。我们能看到， harry_potter_book = Document(...)这一行代码被执行的时候，'init function called' 字符串会被打印出来。而 get_context_length() 和 intercept_context() 则为类的普通函数，我们调用它们来对对象的属性做一些事情。

class Document 还有三个属性，title、author 和 __context 分别表示标题、作者和内容，通过构造函数传入。这里代码很直观，我们可以看到， intercept_context 能修改对象 harry_potter_book 的 __context 属性。

这里唯一需要强调的一点是，如果一个属性以 __ （注意，此处有两个 _） 开头，我们就默认这个属性是私有属性。私有属性，是指不希望在类的函数之外的地方被访问和修改的属性。所以，你可以看到，title 和 author 能够很自由地被打印出来，但是 print(harry_potter_book.__context) 就会报错。

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