1. 类的基本概念

在Python中，类（Class）是面向对象编程（OOP）的核心概念。类是一个蓝图或模板，用于创建具有相同属性和方法的对象。

2. 类的定义与实例化

在Python中，使用class关键字定义类，类名通常采用驼峰命名法。

定义一个简单的类

class Dog:
    """一个表示狗的简单类"""
    
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age"""
        self.name = name
        self.age = age
        
    def sit(self):
        """模拟狗坐下"""
        print(f"{self.name} is now sitting.")
        
    def roll_over(self):
        """模拟狗打滚"""
        print(f"{self.name} rolled over!")

创建类的实例

# 创建Dog类的实例
my_dog = Dog('Willie', 6)

# 访问属性
print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")
print(f"My dog is {my_dog.age} years old.")

# 调用方法
my_dog.sit()
my_dog.roll_over()

3. 类属性与实例属性

Python中有两种类型的属性：类属性和实例属性。

实例属性

属于特定实例的属性，通过self在__init__方法中定义。

类属性

属于类本身的属性，所有实例共享。

class Car:
    # 类属性
    wheels = 4
    
    def __init__(self, make, model, year):
        # 实例属性
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
        
# 创建实例
my_car = Car('Audi', 'A4', 2023)

# 访问实例属性
print(my_car.make)  # 输出: Audi

# 访问类属性
print(my_car.wheels)  # 输出: 4
print(Car.wheels)     # 输出: 4

4. 类的方法详解

Python类中有三种主要类型的方法：实例方法、类方法和静态方法。

1. 实例方法

最常用的方法类型，默认第一个参数为self，指向实例本身。

2. 类方法

使用@classmethod装饰器，第一个参数为cls，指向类本身。

3. 静态方法

使用@staticmethod装饰器，不需要self或cls参数。

class MyClass:
    class_attr = "类属性值"
    
    def __init__(self, value):
        self.instance_attr = value
        
    # 实例方法
    def instance_method(self):
        print(f"实例方法访问: {self.instance_attr}")
        
    # 类方法
    @classmethod
    def class_method(cls):
        print(f"类方法访问: {cls.class_attr}")
        
    # 静态方法
    @staticmethod
    def static_method():
        print("静态方法不需要访问类或实例属性")

# 使用示例
obj = MyClass("实例属性值")

# 调用实例方法
obj.instance_method()

# 调用类方法
MyClass.class_method()
obj.class_method()

# 调用静态方法
MyClass.static_method()
obj.static_method()

5. 特殊方法与构造函数

Python中有许多特殊方法（以双下划线开头和结尾），用于实现类的特定行为。

__init__ 方法

构造函数，在创建新实例时自动调用。

其他常用特殊方法

• __str__: 定义对象的字符串表示
• __len__: 定义对象的长度
• __eq__: 定义相等比较行为

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages
        
    def __str__(self):
        return f"《{self.title}》 by {self.author}"
        
    def __len__(self):
        return self.pages
        
    def __eq__(self, other):
        return self.title == other.title and self.author == other.author

# 创建实例
book1 = Book("Python编程", "John Doe", 350)
book2 = Book("Python编程", "John Doe", 350)

# 使用特殊方法
print(book1)        # 调用 __str__
print(len(book1))   # 调用 __len__
print(book1 == book2)  # 调用 __eq__，输出: True

6. 继承与多态

继承允许我们定义一个新类来继承现有类的属性和方法。

基本继承

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 发出声音")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 汪汪叫")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print(f"{self.name} 喵喵叫")

# 创建实例
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")

dog.speak()  # 输出: Buddy 汪汪叫
cat.speak()  # 输出: Whiskers 喵喵叫

方法重写

子类可以重写父类的方法以提供特定实现。

super()函数

用于调用父类的方法。

class ElectricCar(Car):
    def __init__(self, make, model, year, battery_size):
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = battery_size
        
    def describe_battery(self):
        print(f"这辆车有 {self.battery_size}-kWh 电池")

# 创建实例
my_tesla = ElectricCar('Tesla', 'Model S', 2023, 75)
my_tesla.describe_battery()

7. 实际应用案例

以下是一个更完整的类实现示例，展示了在实际应用中如何组织代码。

class BankAccount:
    """一个简单的银行账户类"""
    
    def __init__(self, account_holder, initial_balance=0):
        self.account_holder = account_holder
        self.balance = initial_balance
        self.transactions = []
        
    def deposit(self, amount):
        """存款"""
        if amount > 0:
            self.balance += amount
            self.transactions.append(f"存款: +{amount}")
            print(f"存款成功。当前余额: {self.balance}")
        else:
            print("存款金额必须大于0")
            
    def withdraw(self, amount):
        """取款"""
        if 0 < amount <= self.balance:
            self.balance -= amount
            self.transactions.append(f"取款: -{amount}")
            print(f"取款成功。当前余额: {self.balance}")
        else:
            print("取款金额无效或余额不足")
            
    def get_balance(self):
        """获取当前余额"""
        return self.balance
        
    def get_transaction_history(self):
        """获取交易历史"""
        return self.transactions
        
    def __str__(self):
        return f"账户: {self.account_holder}, 余额: {self.balance}"

# 使用银行账户类
account = BankAccount("张三", 1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(200)
account.withdraw(1500)  # 这个会失败

print(account)  # 输出: 账户: 张三, 余额: 1300
print("交易记录:", account.get_transaction_history())