13.2　面向对象编程

编程的发展已经从简单控制流中按步的指令序列进入到更有组织的方式中，依靠代码块可以形成命名子程序和完成既定的功能。结构化的或过程性编程可以让我们把程序组织成逻辑块，以便重复或重用。创建程序的过程变得更具逻辑性；选出的行为要符合规范，才可以约束创建的数据。Deitel父子（这里指DEITEL系列书籍作者Harvey M. Deitel和Paul James Deitel父子，译者注）认为结构化编程是“面向行为”的，因为事实上，即使没有任何行为的数据也必须“规定”逻辑性。

然而，如果我们能对数据加上动作呢？如果我们所创建和编写的数据片段，是真实生活中实体的模型，内嵌数据体和动作呢？如果我们能通过一系列已定义的接口（又称存取函数集合）访问数据属性，像自动取款机（ATM）卡或能访问你的银行账号的个人支票，我们就有了一个“对象”系统，从大的方面来看，每一个对象既可以与自身进行交互，也可以与其他对象进行交互。

面向对象编程踏上了进化的阶梯，增强了结构化编程，实现了数据与动作的融合：数据层和逻辑层现在由一个可用以创建这些对象的简单抽象层来描述。现实世界中的问题和实体完全暴露了本质，从中提供的一种抽象，可以用来进行相似编码，或者编入能与系统中对象进行交互的对象中。类提供了这样一些对象的定义，实例即是这些定义的实现。二者对面向对象设计（object-oriented design, OOD）来说都是重要的，OOD仅意味来创建你采用面向对象方式架构来创建系统。

13.2.1　面向对象设计与面向对象编程的关系

面向对象设计（OOD）不会特别要求面向对象编程语言。事实上，OOD可以由纯结构化语言来实现，比如C，但如果想要构造具备对象性质和特点的数据类型，就需要在程序上作更多的努力。当一门语言内建00特性，00编程开发就会更加方便高效。

另一方面，一门面向对象的语言不一定会强制你写OO方面的程序。例如C++可以被认为“更好的C”；而Java，则要求万物皆类，此外还规定，一个源文件对应一个类定义。然而，在Python中，类和OOP都不是日常编程所必需的。尽管它从一开始设计就是面向对象的，并且结构上支持OOP，但Python没有限定或要求你在你的应用中写OO的代码。OOP是一门强大的工具，不管你是准备入门、学习、过渡或是转向OOP，都可以“窥一斑而知全豹”。

13.2.2　现实中的问题

考虑用OOD来工作的一个最重要的原因，在于它直接提供建模和解决现实世界问题和情形的途径。比如，让你来试着模拟一台汽车维修店，可以让你停车进行维修。我们需要建两个一般实体：处在一个“系统”中并与其交互的人类，和一个修理店，它定义了物理位置，用于人类活动。因为前者有更多不同的类型，我将首先对它进行描述，然后描述后者。在此类活动中，一个名为Person的类被创建以用来表示所有的人。Person的实例可以包括消费者（Customer），技工（Mechanic），还可能是出纳员（Cashier） 。这些实例具有相似的行为，也有独一无二的行为。比如，他们能用声音进行交流，都有talk()方法，还有drive_car()方法。不同的是，技工有repair_car()方法，而出纳有ring_sale()方法。技工有一个repair_certification属性，而所有人都有一个drivers_license属性。

最后，所有这些实例都是一个检查（overseeing）类RepairShop的参与者，后者具有一个叫operating_hours的数据属性，它通过时间函数来确定何时顾客来修车，何时职员技工和出纳员来上班。RepairShop可能还有一个AutoBay类，拥有SmogZone, TireBrakeZone等实例，也许还有一个叫GeneralRepair的实例。

我们所编的RepairShop的一个关键点是要展示类和实例加上它们的行为是如何用来对现实生活场景建模的。同样，你可以把诸如机场、餐厅、芯片工厂、医院其至一个音乐公司想像为类，它们完全具备各自的参与者和功能性。

13.2.3　*常用术语

对于已熟悉有关OOP术语的朋友来说，看Python中是怎么称呼的：

1.　抽象/实现

抽象指对现实世界问题和实体的本质表现、行为和特征建模，建立一个相关的子集，可以用于描绘程序结构，从而实现这种模型。抽象不仅包括这种模型的数据属性，还定义了这些数据的接口。对某种抽象的实现就是对此数据及与之相关接口的现实化（realization） 。现实化这个过程对于客户程序应当是透明而且无关的。

2.　封装/接口

封装描述了对数据/信息进行隐藏的观念，它对数据属性提供接口和访问函数。通过任何客户端直接对数据的访问，无视接口与封装性都是背道而驰的，除非程序员允许这些操作。作为实现的一部分，客户端根本就不需要知道在封装之后，数据属性是如何组织的。在Python中，所有的类属性都是公开的，但名字可能被“混淆”了，以阻止未经授权的访问，但仅此而已，再没有其他预防措施了。这就需要在设计时，对数据提供相应的接口，以免客户程序通过不规范的操作来存取封装的数据属性。

3.　合成

合成扩充了对类的描述，使得多个不同的类合成为一个大的类，来解决现实问题。合成描述了一个异常复杂的系统，比如一个类由其他类组成，更小的组件也可能是其他的类，数据属性及行为，所有这些合在一起，彼此是”有一个”的关系。比如，RepairShop “有一个”技工（应该至少有一个吧），还”有一个”顾客（至少一个）。

这些组件要么通过联合关系组在一块，意思是说，对子组件的访问是允许的（对RepairShop来说，顾客可能请求一个SmogCheck，客户程序这时就是与RepairShop的组件进行交互），要么是聚合在一起，封装的组件仅能通过定义好的接口来访问，对于客户程序来说是透明的。继续我的例子，客户程序可能会建立一个SmogCheck请求来代表顾客，但不能够同RepairShop的SmogZone部分进行交互，因为SmogZone是由RepairShop内部控制的，只能通过smogCheckCar()方法调用。Python支持上述两种形式的合成。

4.　派生/继承/继承结构

派生描述了子类的创建，新类保留已存类类型中所有需要的数据和行为，但允许修改或者其他的自定义操作，都不会修改原类的定义。继承描述了子类属性从祖先类继承这样一种方式。从前面的例子中，技工可能比顾客多个汽车技能属性，但单独的来看，每个都“是一个”人，所以，不管对谁而言调用talk()都是合法得，因为它是人的所有实例共有的。继承结构表示多“代”派生，可以描述成一个“族谱”，连续的子类，与祖先类都有关系。

5.　泛化/特化

泛化表示所有子类与其父类及祖先类有一样的特点，所以子类可以认为同祖先类是“是一个”（is-a）的关系，因为一个派生对象（实例）是祖先类的一个“例子”。比如，技工“是一个”人，车“是一个”交通工具等。在上面我们间接提到的族谱图中，我们可以从子类到祖先类画一条线，表示“是一个”的关系。特化描述所有子类的自定义，也就是，什么属性让它与其祖先类不同。

6.　多态

多态的概念指出了对象如何通过他们共同的属性和动作来操作及访问，而不需考虑他们具体的类。多态表明了动态（后来又称运行时）绑定的存在，允计重载及运行时类型确定和验证。

7.　自省/反射

自省表示给予你，程序员，某种能力来进行像“手工类型检查”的工作，它也被称为反射。这个性质展示了某对象是如何在运行期取得自身信息的。如果传一个对象给你，你可以查出它有什么能力，这样的功能不是很好吗？这是一项强大的特性，在本章中，你会时常遇到。如果Python不支持某种形式的自省功能，dir()和type()内建函数，将很难正常工作。请密切关注这些调用，还有那些特殊属性，像dict，name及doc。可能你对其中一些已经很熟悉了！