11.Python 類別 (Class)

『物件導向程式設計』(Object-oriented programming, OOP) 是一種程式開發的概念，以物件的概念來解決問題。

封裝、繼承、多型為物件導向的三大特性，本章節會略提此概念，建議後續抽空學習物件導向程。

11.1 類別 (Class)

在 Python 中，類別 (Class) 是用來創建物件又稱實例 (Instance)的藍圖或模板。類別定義了物件的屬性 (資料) 和方法 (函式)，它們描述了物件的特徵和行為。通過定義類別，我們可以創建多個具有相同屬性和方法的物件。

基本語法

class ClassName:
    # 屬性
    # 方法
    pass
className = ClassName()

• 類別名稱為 ClassName ，通常使用大寫做開頭。
• 建立物件時習慣將開頭的大寫轉小寫表示。
• 屬性：以變數的形式呈現。
• 方法：以函式的形式呈現。

class Rectangle:
    width = 1
    height = 1
    def area(self):
        return self.width * self.height
rectangle = Rectangle() # 實例化
rectangle.height = 2      # 更改物件屬性
print(rectangle.area())  # 執行方法
# 2

物件的初始設定

當 class 定義了__init__() method，class 實例化會為新建的 class 實例自動調用__init__()。在產生物件時可以一併設定屬性：

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
    def area(self):
        return self.width * self.height
rectangle = Rectangle(2, 6) # 實例化
rectangle.height = 3      # 更改物件屬性
print(rectangle.area())  # 執行方法
# 6

Method 物件

我們一樣使用 Rectangle 類別做示範：

area1 = rectangle.area
print(area1())

這次我們呼叫方法時沒有加上任何參數在此為()，表示此時函式尚未執行，等需要時在加上參數。

具體的應用場景可能為，在程式碼的某些部分需要指定執行的函數，因此，先定義一個函數引用，然後在需要的時候再呼叫它並傳入參數。

11.2 繼承 (Inheritance)

基本語法

class ClassName(ParentClass):
    # 屬性
    # 方法
    pass

• ParentClass：繼承類別的名稱 (稱為「父類別」，Parent class)
• 可多重繼承： class ClassName(ParentClass1, ParentClass2)

函式

我們先假設有以下兩個 Class：

class A:
    pass
class B(A):
    pass

• isinstance(object, classinfo)：用於判斷類別及物件的關係。

  obj = B()
  print(isinstance(obj, B))  # True
  print(isinstance(obj, A))  # True

• issubclass(classinfo1, classinfo2)：用於判斷類別是否為另一類別的子關係。

  print(issubclass(B, A))  # True

11.3 Override (覆寫)

Override (覆寫) 是指子類別重新定義 (覆蓋) 父類別中的方法，使該方法擁有不同於父類別的行為。

class Parent:
    def show(self):
        print("父類別的 show 方法")
class Child(Parent):
    def show(self):
        print("子類別的 show 方法")
obj = Child()
obj.show()  # 子類別的 show 方法

11.4 Overload (多載)

Python 不直接支援方法多載。方法多載是指在同一個類別中定義多個同名方法，但這些方法的參數類型或數量不同。在 Python 中，由於 Python 的動態特性，同一個類別中只能存在一個方法名相同的方法，即後面定義的方法會覆蓋前面定義的方法，而不會產生方法多載。

當然這只是意義上的不行，我們可以透過一些方式達成相似的結果。

方法 1：透過參數的控制，是否還記得位置參數、關鍵字參數、默認參數、*args 與 **kwargs

def greet(**kwargs):
    if 'name' in kwargs:
        print('Hello, ' + kwargs['name'])
    else:
        print('Hello, World')
greet()              # 輸出: Hello, World
greet(name="Alice")  # 輸出: Hello, Alice

方法 2：透過multipledispatch 套件中的裝飾器@dispatch()，目前先看過去即可後續章節會介紹裝飾器。

from multipledispatch import dispatch
@dispatch(int, int)
def add(x, y):
    return x + y
@dispatch(float, float)
def add(x, y):
    return x + y
@dispatch(str, str)
def add(x, y):
    return x + y
print(add(1, 2))                          # 3
print(add(1.5, 2.5))                    #  4.0
print(add('Hello, ', 'World'))     # Hello, World

當然還有其他方式及套件歡迎自行探索。

11.5 Polymorphism (多型)

多型是指相同的操作或函式在不同的物件上可以有不同的行為。具體來說，多型允許將父類別的引用指向子類別的物件，從而以統一的方式使用不同類別的物件。多型通過對繼承、覆寫等機制的合理應用來實現。

class Animal:
    def makeSound(self):
        pass
class Fox(Animal):
    def makeSound(self):
        return "叮叮叮"
class Cat(Animal):
    def makeSound(self):
        return "喵喵"
class Mushroom(Animal):
    def makeSound(self):
        return "蘑菇 蘑菇"
def animalSound(animal):
    print(animal.makeSound())
fox = Fox()
cat = Cat()
mushroom = Mushroom()
animalSound(fox)               # 叮叮叮
animalSound(cat)               # 喵喵
animalSound(mushroom)  # 蘑菇 蘑菇