Python设计模式面向对象编程

前言

本篇文章是基于极客时间王争的《设计模式之美》做的总结和自己的理解。
说到面向对象编程，作为一个合格的Pythoner，可以说信手拈来。毕竟在Python里“万物都是对象”嘛，如果别人说你根本不会面向对象编程，或者根本不理解面向对象，那可能会得到你的谩骂，那说到底，你真的懂面向对象吗？试着回答下面几个问题：

面向对象编程的定义是？Python为什么是面向对象编程语言？Python里万物都是对象具体的表现形式是什么？
面向对象的特性是哪四点？在Python里这四点都具备吗？具体是如何实现的？

提示：如果上述的问题回答起来很清晰、很清楚，那本篇文章就可以跳过了，如果感觉思路不清晰，那本篇文章多多少少都会给你代码帮助！

设计模式简介

在聊面向对象编程之前，先看下设计模式，设计模式主要由编程范式、设计原则、设计模式构成，具体如下图：
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图里概念相对较多，但初步掌握，只要有个大概的印象即可。

谈谈面向对象

面向对象历史

什么是面向对象，从历史说起，我们知道Python正式发布是1991年，Linux正式发布也是1991年，Java正式发布是1995年，Go正式发布是2009年，而面向对象的概念历史发展是：1960年的simula首次提出类和对象的概念，随后70年代的编程语言Smalltalk首次用到面向对象概念，可见面向对象概念提出之早，而随着软件的发展，后续大多数语言都成了面向对象语言，那面向过程的语言有吗？有的，C语言就是典型的面向过程语言。
有兴趣的可以去读一读维基百科，了解下这些语言的发展历史。

面向对象-维基百科
Python-维基百科
Java-维基百科
Linux-维基百科
Go-维基百科
…

面向对象概念

面向对象，即object-oriented，在其下又细分为面向对象分析、面向对象设计、面向对象编程，即OOA(Analysis)、OOD(Design)、OOP(programming)。
如果看了维基百科，可能还是很模糊，通过下图知道关键字：编程范式、包含属性和方法、是类的实例、程序的基本单元、目的是提高软件的扩展性和灵活性。那一句话就是：面向对象是一种编程范式，以类和对象为基本单元，通过封装、抽象、多态、继承这四大特性（不是强要求）来实现代码设计，目的是为了提高软件的可维护性、可扩展性、可复用性。当然上述是我的个人一句话，并不专业，但意思到位即可。
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那Python为啥是面向对象编程语言，很明显，它提供了类和对象这一特性来组织代码，同时也具备了四大特性，那自然是。但不具备四大特性一定不是面向对象编程语言吗？很明显这不具备参考定义，随着软件的发展，很多语言脱离了四大特性，比如Java虽然支持继承，但不具备多继承；比如Go直接放弃了继承这样的特性，而Java和Go又多出了interface这一接口特性，在Python里则不支持，但它们三者都是面向对象编程语言。

万物皆对象

我们经常聊Python万物皆对象，这句话怎么理解？很简单，在Python里我们要构造一个类对象的时候，都是以继承object为前提的，所以判断“万物”是不是对象，只要判断它是不是归属于对象即可，这里的万物概念很广，比较常见的以：数字、字符串、布尔、函数为例，那结果如下：
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为啥都是对象类型呢？我们再以其中的布尔值为例，通过dir发现其内有大量的属性和方法（如下图），那这些方法总不能凭空而来，所以都是继承来的，接下来就比较清晰了，当我们用变量指代数字、字符串等等时，实际上是构造了一个又一个的对象，这些对象具备的魔法方法使其能支持一系列操作，比如__lt__使其具备了比较小于的能力，比如__eq__使其具备了等等于判断的能力。
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面向对象的特性

关于四大特性：封装、抽象、继承、多态，可以看下图的总结：
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Python天然支持四大特性，以前老是对封装和抽象比较模糊，理解为二者都是封装抽象公共代码，然后提供给其他方法调用，这样的理解就很片面了，因为二者的意义相差很大。封装是用于隐藏实现和保护数据，比如Python里我们常在类里定义私有类型来供外部程序调用（如下图），这里可以看到a相当于Java的public关键字，是允许任意调用；而_a则是Pythoner里约定俗成的私有方法，如果调用pycharm这种ide会用波浪线提示用户说是不合法的引用；如果是__a，则相当于Java的private，如果外部调用ide会直接标黄表示错误。
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结果如下：

至于抽象，广义上的理解即是抽取公共代码，对外暴露相应的方法；狭义上的理解就是接口这样的概念，在接口类里仅包含要暴露的方法，而不透露具体实现，也就是“基于接口而非实现编程”。很可惜，在Python里并不提供接口这一特性，如果你对接口比较模糊的话，可以搜索下接口类 interface，相信会了解到不少信息。但Python里可以通过duck-typing和抽象基类来额外实现抽象，关于这个后续的文章再详细介绍了。
另外继承和多态则是基本语法了，这里也不细说。