第6單元 面向?qū)ο?上)

第6單元

面向?qū)ο?上)任務(wù)6.1純畫筆彈球任務(wù)6.2純畫筆彈球改造任務(wù)6.3純畫筆彈球改造學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)

理解OOP的概念。

理解類和對象的概念和關(guān)系。

掌握類的定義方法。

掌握對象的創(chuàng)建與使用方法。

掌握類的成員訪問方法。

掌握類的構(gòu)造方法和析構(gòu)方法的作用。

能用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計程序。

能根據(jù)需求設(shè)計類和創(chuàng)建對象。

能夠在定義類時合理設(shè)置類成員的訪問限制。

能夠在定義類時正確使用構(gòu)造方法和析構(gòu)方法。培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的編碼規(guī)范能力。

培養(yǎng)創(chuàng)新能力以及分析問題和解決問題的能力。

培養(yǎng)團(tuán)隊意識和溝通能力。教學(xué)內(nèi)容任務(wù)6.1純畫筆彈球一、任務(wù)描述運動的球碰到墻壁會彈回，使用海龜作圖庫turtle實現(xiàn)純畫筆彈球動畫，一只紅色的小球，在白色的畫布中移動，碰到邊界自動彈回，效果如圖所示。

面向?qū)ο笫浅绦蜷_發(fā)領(lǐng)域中的重要思想，這種思想模擬了人類認(rèn)識客觀世界的邏輯，是當(dāng)前計算機(jī)軟件工程學(xué)的主流方法。類是面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)手段。二、相關(guān)知識1.面向?qū)ο蟾攀?/p>

面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷胧牵菏紫葧膯栴}之中提煉出問題涉及的角色，將不同角色各自的特征和關(guān)系進(jìn)行封裝，以角色為主體，通過描述角色的行為去描述解決問題的過程。面向?qū)ο缶幊痰闹壑幵谟诮巧约敖巧g的聯(lián)系。！二、相關(guān)知識對象是現(xiàn)實世界中可描述的事物，它可以是有形的也可以是無形的，從一本書到一家圖書館，從單個整數(shù)到繁雜的序列等都可以稱為對象。(1)對象（object）二、相關(guān)知識對象是構(gòu)成世界的一個獨立單位，它由數(shù)據(jù)（描述事物的屬性）和作用于數(shù)據(jù)的操作（體現(xiàn)事物的行為）構(gòu)成一個獨立整體。(1)對象（object）數(shù)據(jù)對象操作二、相關(guān)知識從具體的事物中把共同的特征抽取出來，形成一般的概念稱為“歸類”，忽略事物的非本質(zhì)特牲，關(guān)注與目標(biāo)有關(guān)的本質(zhì)特征，找出事物間的共性，抽象出一個概念模型，就是定義一個類。(2)類（class）動物類二、相關(guān)知識在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ校愂蔷哂邢嗤瑢傩院托袨榈囊唤M對象的集合，它提供一個抽象的描述，其內(nèi)部包括屬性和方法兩個主要部分，它就像一個模具，可以用它鑄造一個個具體的鑄件。(2)類（class）二、相關(guān)知識(3)三大特征：封裝、繼承、多態(tài)是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的三大特征，它們的簡單關(guān)系如下圖所示。二、相關(guān)知識封裝（encapsulation）封裝是面向?qū)ο蟮暮诵乃枷?，將對象的屬性和行為封裝起來，不需要讓外界知道具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，這就是封裝思想。二、相關(guān)知識繼承（inheritance）繼承描述的是類與類之間的關(guān)系，通過繼承，新生類可以在無需贅寫原有類的情況下，對原有類的功能進(jìn)行擴(kuò)展。汽車類普通特性與功能轎車類普通特性與功能其它特性與功能繼承二、相關(guān)知識多態(tài)（

polymorphism）多態(tài)指同一個屬性或行為在父類及其各派生類中具有不同的語義。二、相關(guān)知識面向?qū)ο蟮乃枷胫刑岢隽藘蓚€概念：類和對象。類類是對多個對象共同特征的抽象描述，它是對象的模板。對象對象用于描述現(xiàn)實中的個體，它是類的實例。二、相關(guān)知識2.類與對象(1)類與對象的關(guān)系

廠商在生產(chǎn)汽車之前會先分析用戶需求，設(shè)計汽車模型，制作設(shè)計圖樣，設(shè)計圖通過之后工廠再依照圖紙批量生產(chǎn)汽車。二、相關(guān)知識Python中對象的概念較廣泛，一切內(nèi)容皆可以稱為對象，函數(shù)也是對象。在創(chuàng)建類時，類的成員包含以下兩部分。用變量形式表示對象特征的成員稱為數(shù)據(jù)成員，也稱為屬性（attribute）。用函數(shù)形式表示對象行為的成員稱為成員函數(shù)，也稱為方法（method）。數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)統(tǒng)稱為類的成員。二、相關(guān)知識類中可以定義數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)，數(shù)據(jù)成員用于描述對象特征，成員函數(shù)用于描述對象行為，其中數(shù)據(jù)成員也被稱為屬性，成員函數(shù)也被稱為方法。class類名:

屬性名=屬性值def方法名(self):

方法體classCircle: #類名為Circler=5 #屬性r的初始值為5defget_area(self):#定義求面積的方法return3.14*self.r*self.rdefget_perimeter(self):#定義求周長的方法return2*3.14*self.r二、相關(guān)知識(2)類的定義

類定義完成后不能直接使用，這就好比畫好了一張房屋設(shè)計圖紙，此圖紙只能幫助人們了解房屋的結(jié)構(gòu)，但不能提供居住場所。為滿足居住需求，需要根據(jù)房屋設(shè)計圖紙搭建實際的房屋。同理，程序中的類需要實例化為對象才能實現(xiàn)其意義。二、相關(guān)知識(3)對象的創(chuàng)建與使用對象的創(chuàng)建創(chuàng)建對象的格式如下：對象名=類名()circle01=Circle()circle02=Circle()二、相關(guān)知識訪問對象成員若想在程序中真正地使用對象，需掌握訪問對象成員的方式。對象成員分為屬性和方法，它們的訪問格式分別如下：對象名.屬性對象名.方法()circle02.r=10#設(shè)置圓circle02的半徑為10print(circle01.get_perimeter())#輸出圓circle01的周長print(circle01.get_area())#輸出圓circle01的面積print(circle02.get_perimeter())#輸出圓circle02的周長print(circle02.get_area())#輸出圓circle02的面積二、相關(guān)知識三、任務(wù)分析

該任務(wù)實現(xiàn)的動畫效果體現(xiàn)了動畫的基本原理。將小球看作一個對象，分析其屬性和行為特征。首先，小球具有大小、顏色、位置（x、y）屬性，其次，小球移動的速度也是其屬性之一，可將移動速度分為橫向（x軸）和縱向（y軸）兩個方向。分析小球的行為，包括移動到新的位置、碰到邊界反彈等。

對于小球移動的速度，除了可以設(shè)置其移動速度屬性外，還可以配合使用time庫中的sleep()，使移動更流暢、逼真。四、任務(wù)實現(xiàn)（1）在PyCharm中，選擇“File”→“NewProject…”，在彈出的對話框中將項目命名為“chapter06”，單擊“Create”按鈕，創(chuàng)建新項目。（2）在PyCharm中，右擊左側(cè)列表中的項目名稱chapter06，選擇“New”→“PythonFile”，在彈出的對話框中將文件命名為“6-1純畫筆彈球.py”，按“Enter”鍵，進(jìn)入代碼編輯界面。（3）在新建文件中導(dǎo)入庫。除了導(dǎo)入海龜作圖庫turtle，還要導(dǎo)入可能用到的time庫和random庫，以控制小球的運行速度。importtime #導(dǎo)入time庫importturtleast #導(dǎo)入turtle庫importrandom #導(dǎo)入random庫四、任務(wù)實現(xiàn)（4）定義球類，類名為Ball，其屬性有直徑（配合turtle庫的dot()函數(shù)使用，該函數(shù)的參數(shù)是直徑）diameter、顏色color、位置坐標(biāo)x和y、移動速度dx和dy。classBall:diameter=100 #設(shè)定直徑為100dx=random.randint(-10,10) #單位水平移動速度，取-10～10的隨機(jī)數(shù)dy=random.randint(-10,10) #單位垂直移動速度，取-10～10的隨機(jī)數(shù)x=t.xcor() #球的位置，初始值為海龜?shù)膞坐標(biāo)y=t.ycor() #球的位置，初始值為海龜?shù)膟坐標(biāo)color='red' #球的顏色，默認(rèn)為紅色四、任務(wù)實現(xiàn)（5）定義類Ball的移動方法move()：通過將海龜?shù)膞坐標(biāo)、y坐標(biāo)分別加上單位水平移動速度、單位垂直移動速度計算出新的位置坐標(biāo)，將海龜移動到新位置，設(shè)置海龜?shù)念伾珵榍虻念伾?，在新的位置上繪制實心圓，實心圓的直徑為球的直徑。defmove(self): #定義move()方法self.x=self.x+self.dx #計算海龜?shù)男挛恢玫膞坐標(biāo)self.y=self.y+self.dy #計算海龜?shù)男挛恢玫膟坐標(biāo)t.goto(self.x,self.y) #將海龜移動到新位置t.color(self.color) #設(shè)置海龜?shù)念伾玹.dot(self.diameter) #畫個點四、任務(wù)實現(xiàn)（6）定義類Ball的反彈方法bounce_on_edge()：球碰到邊界反彈實際上是將單位移動速度取反，即原來為正值則變?yōu)樨?fù)值，原來為負(fù)值則變?yōu)檎?。判斷是否碰到邊界需要用到畫布寬度和高度，可以通過window_width()和window_height()函數(shù)獲得。defbounce_on_edge(self): #定義反彈方法#如果球的中心點x坐標(biāo)大于1/2畫布寬度－半徑，則取反ifabs(self.x)>t.window_width()//2-self.diameter//2:self.dx=-self.dx#如果球的中心點y坐標(biāo)大于1/2畫布高度－半徑，則取反ifabs(self.y)>t.window_height()//2-self.diameter//2:self.dy=-self.dy四、任務(wù)實現(xiàn)（7）定義完類后，創(chuàng)建一個對象，關(guān)閉自動刷新功能，抬起海龜畫筆，隱藏形狀，為后續(xù)小球移動做好準(zhǔn)備。（8）實現(xiàn)小球移動功能，其實現(xiàn)原理為：擦除畫布，小球移動到新位置，如果碰到邊界則反彈，刷新畫布，控制球的速度，如此重復(fù)執(zhí)行。代碼如下：ball=Ball()t.tracer(0) #關(guān)閉自動刷新功能t.penup() #抬起畫筆t.hideturtle() #和本身形狀無關(guān)，所以隱藏whileTrue: t.clear() #擦除畫布ball.move() #移動到新位置繪制點ball.bounce_on_edge() #遇到邊界反彈t.update() #刷新畫布time.sleep(0.01) #配合使用sleep()控制球的速度任務(wù)6.2純畫筆彈球改造一、任務(wù)描述

任務(wù)6.1中已經(jīng)實現(xiàn)了純畫筆彈球，在其基礎(chǔ)上對代碼進(jìn)行優(yōu)化，如在判斷是否觸碰邊界時用到了半徑，因此可以在類中增加半徑，也可以將判斷是否觸碰邊界寫成單獨的方法。

類中定義的屬性和方法默認(rèn)為公有屬性和方法，該類的對象可以任意訪問類的公有成員。為了契合封裝原則，保證類中的代碼不被外部代碼輕易訪問。Python支持將類中的成員設(shè)置為私有成員，在一定程度上限制對象對類成員的訪問。二、相關(guān)知識1.類的成員訪問限制定義私有成員Python通過在類成員名之前添加雙下劃線（__）來限制成員的訪問權(quán)限，語法格式如下:__屬性名=屬性值__方法名(self)：

方法體二、相關(guān)知識例如，定義一個包含私有屬性__pi和私有方法__info()的類Circle。classCircle:r=5__pi=3.14def__info(self):print(f'我是一個半徑為

{self.r}的圓！')訪問私有成員創(chuàng)建Circle類的對象crl，通過該對象訪問類的私有屬性：crl=Circle()crl.__piAttributeError:Circle'objecthasnoattribute‘__pi'二、相關(guān)知識訪問私有成員在程序中添加如下的訪問類中私有方法的代碼：crl=Circle()crl.__info()AttributeError:Circle'objecthasnoattribute'__info'二、相關(guān)知識由以上展示的錯誤信息可以判斷，對象無法直接訪問類的私有成員。結(jié)論二、相關(guān)知識classCircle:r=5#定義公有屬性__pi=3.14#定義私有屬性def__info(self):#定義私有方法，在私有方法中訪問公有屬性和私有屬性print(f'我是一個半徑為{self.r}的圓，有一個私有屬性pi，其值為{self.__pi}！’)defget_perimeter(self):return2*self.__pi*self.rcrl=Circle()crl.get_perimeter()私有屬性可在公有方法中通過指代對象本身的默認(rèn)參數(shù)“self”訪問，類外部可通過公有方法間接獲取類的私有屬性。二、相關(guān)知識classCircle:r=5#定義公有屬性__pi=3.14#定義私有屬性def__info(self):#定義私有方法，在私有方法中訪問公有屬性和私有屬性print(f'我是一個半徑為{self.r}的圓，有一個私有屬性pi，其值為{self.__pi}！')defget_area(self):#定義公有方法self.__info()#在公有方法中訪問私有方法returnself.__pi*self.r*self.r#在公有方法中訪問私有屬性defget_perimeter(self):return2*self.__pi*self.rcrl=Circle()crl.get_area()私有方法同樣在公有方法中通過參數(shù)“self”訪問。二、相關(guān)知識三、任務(wù)分析

因為半徑是直徑的1/2，可以直接計算出來，最好不要對其進(jìn)行修改，所以將半徑設(shè)置為私有屬性更為合理。判斷是否觸碰邊界只在方法bounce_

on_edge()中用到，在類的內(nèi)部使用，所以也可以將其設(shè)置為私有方法。四、任務(wù)實現(xiàn)（1）在PyCharm的左側(cè)項目列表中，右擊文件“6-1純畫筆彈球.py”，在彈出的快捷菜單中選擇“Copy”，復(fù)制該P(yáng)ython文件。（2）在PyCharm的左側(cè)項目列表中，右擊項目名稱“chapter06”，在彈出的快捷菜單中選擇“Paste”，即在項目中粘貼復(fù)制的Python文件，并取名為“6-2純畫筆彈球.py”，如圖6-5所示，單擊“OK”按鈕，完成文件的復(fù)制。（3）在新的Python文件“6-2純畫筆彈球.py”中修改類Ball的定義，增加私有屬性半徑__raduis，增加判斷是否左右碰壁私有方法__isBounce_left_right()和上下碰壁的私有方法__isBounce_top_bottom()。四、任務(wù)實現(xiàn)（4）修改反彈方法bounce_on_edge()，在其內(nèi)部調(diào)用私有方法。（5）創(chuàng)建好Ball的對象后，也可以通過對象來修改屬性，如直徑、顏色和移動速度等。（6）其他代碼不做修改，運行程序，發(fā)現(xiàn)小球顏色和大小都發(fā)生了變化。defbounce_on_edge(self):#定義反彈方法#如果球的中心點x坐標(biāo)大于1/2畫布寬度－半徑，則取反ifself.__isBounce_left_right():#調(diào)用私有方法進(jìn)行判斷self.dx=-self.dx#如果球的中心點y坐標(biāo)大于1/2畫布高度－半徑，則取反ifself.__isBounce_top_bottom():#調(diào)用私有方法進(jìn)行判斷self.dy=-self.dyball=Ball() #創(chuàng)建對象ball.diameter=50 #設(shè)置球的直徑為50ball.dx=8 #設(shè)置單位水平移動速度為8ball.dy=5 #設(shè)置單位垂直移動速度為5ball.color='yellow' #設(shè)置球的顏色為黃色任務(wù)6.3純畫筆彈球改造一、任務(wù)描述

任務(wù)6.1已經(jīng)實現(xiàn)了純畫筆彈球。在任務(wù)6.1中，Ball類的屬性實際上為類屬性。請對程序進(jìn)行修改，將Ball類的屬性定義為對象屬性，在創(chuàng)建對象時可以為對象屬性賦值。另外，在對象釋放時，輸出釋放信息。最終實現(xiàn)兩個顏色和大小都不同的球在畫布中運動。

1.構(gòu)造方法前面在類中定義的屬性是類屬性，可以通過對象或類進(jìn)行訪問；在構(gòu)造方法中定義的屬性是實例屬性，只能通過對象進(jìn)行訪問。構(gòu)造方法的作用是初始化對象的屬性，即在創(chuàng)建對象時就完成屬性的賦值。二、相關(guān)知識每個類都有一個默認(rèn)的__init__()方法。如果定義類時顯式地定義__init__()方法，那么創(chuàng)建對象時Python解釋器會調(diào)用顯式定義的__init__()方法；如果定義類時沒有顯式定義__init__()方法，那么Python解釋器會調(diào)用默認(rèn)的__init__()方法。二、相關(guān)知識__init__()方法按照參數(shù)的有無（self除外）可分為有參構(gòu)造方法和無參構(gòu)造方法。無參構(gòu)造方法無參構(gòu)造方法中可以為屬性設(shè)置初始值，此時使用該方法創(chuàng)建的所有對象都具有相同的初始值。有參構(gòu)造方法有參構(gòu)造方法中可以使用參數(shù)為屬性設(shè)置初始值，此時使用該方法創(chuàng)建的所有對象都具有不同的初始值。二、相關(guān)知識定義一個類Rectangle，在該類中顯式地定義一個帶有2個參數(shù)的__init__()方法。classRectangle:def__init__(self):self.a=4self.b=6defget_area(self):returnself.a*self.brec1=Rectangle()print(rec1.get_area())rect2=Rectangle()rect2.a=6rect2.b=10print(rect2.get_area())二、相關(guān)知識classRectangle:def__init__(self,a,b):self.a=aself.b=bdefget_area(self):returnself.a*self.brec1=Rectangle(5,6)print(rec1.get_area())rect2=Rectangle(8,9)print(rect2.get_area())在介紹析構(gòu)方法之前，先來了解Python的垃圾回收機(jī)制。Python中的垃圾回收主要采用的是引用計數(shù)。引用計數(shù)是一種內(nèi)存管理技術(shù)，它通過引用計數(shù)器記錄所有對象的引用數(shù)量，當(dāng)對象的引用計數(shù)器數(shù)值為0時，就會將該對象視為垃圾進(jìn)行回收。2.析構(gòu)方法二、相關(guān)知識當(dāng)一個對象的引用計數(shù)器數(shù)值為0時，就會調(diào)用__del__()方法，這個方法就是類的析構(gòu)方法。classRectangle:def__init__(self,a,b):self.a=aself.b=bdefget_area(self):returnself.a*self.bdef__del__(self):print('邊長為',self.a,self.b,'的對象被釋放')rec1=Rectangle(5,6)print(rect1.get_area())rect2=Rectangle(8,9)print(rect2.get_area())二、相關(guān)知識如果需要手動釋放，可以使用del關(guān)鍵字刪除一個對象，釋放它所占用的資源。classRectangle:def__init__(self,a,b):self.a=aself.b=bdefget_area(self):returnself.a*self.bdef__del__(self):print('邊長為',self.a,self.b,'的對象被釋放')rec1=Rectangle(5,6)print(rec1.get_area())delrec1print("rect1被釋放")rect2=Rectangle(8,9)print(rect2.get_area())二、相關(guān)知識三、任務(wù)分析

類屬性是直接定義在類中的，而實例屬性（或?qū)ο髮傩裕┦嵌x在__init__()方法中的。按照任務(wù)要求，需要在Ball類中增加__init__()方法，在釋放對象時輸出釋放信息；需要增加__del__()析構(gòu)方法；實現(xiàn)兩個球運動，需要在程序中創(chuàng)建兩個對象。四、任務(wù)實現(xiàn)（1）在PyCharm的左側(cè)項目列表中，右擊文件“6-1純畫筆彈球.py”，在彈出的快捷菜單中選擇“Copy”，復(fù)制該P(yáng)ython文件。（2）在PyCharm的左側(cè)項目列表中，右擊項目名稱“chapter06”，在彈出的快捷菜單中選擇“Paste”，在項目中粘貼Python文件，并取名為“6-3純畫筆動畫彈球.py”，單擊“OK”按鈕，完成文件的復(fù)制。（3）修改“6-3純畫筆動畫彈球.py”文件中的代碼，在Ball類中增加__init__()方法，將原來的類屬性移動到__init__()方法中，并對代碼進(jìn)行調(diào)整。其中，屬性diameter和color可以在創(chuàng)建對象時賦值，單位移動速度dx和dy取隨機(jī)數(shù)，x坐標(biāo)和y坐標(biāo)設(shè)置為海龜所在的位置坐標(biāo)。類的move()方法、bounce_on_edge()方法的代碼保持不變。四、任務(wù)實現(xiàn)（4）在類Ball的定義中增加析構(gòu)方法__del__()，提示對象被釋放。（5）創(chuàng)建兩個不同大小、不同顏色的對象ball1和ball2。在創(chuàng)建對象時，通過傳遞參數(shù)值給對象的diameter和color屬性賦值。（6）修改循環(huán)語句，實現(xiàn)兩個球的運動。def__del__(self):print('直徑為'+str(self.diameter)+",顏色為"+self.color+"的小球被釋放！")ball1=Ball(50,'green')ball2=Ball(80,'purple')whileTrue: