Learning Objectives
- 說明類別是藍圖、物件是依藍圖建立的實體；物件同時有資料（屬性）與行為（方法）
- 說明封裝：把資料和操作資料的方法包在一起，外界透過方法使用資料
- 說明繼承：子類別沿用父類別的屬性與方法，可以加上新的或改寫既有的
- 說明多型：同一個方法呼叫，不同類別的物件各自做出適合的反應
- 比較程序導向與物件導向兩種組織程式的方式
一百個遊戲角色要怎麼管
假設你在寫一款遊戲，有一百個角色，每個角色都有名字、血量、位置，還會移動、攻擊、補血。 只用上一課的變數和函式，你可能會這樣寫：
names = ["Amy", "Ben", ...] # 一百個名字
hps = [100, 80, ...] # 一百個血量，順序要和 names 對齊
def attack(i, j): ... # 用編號 i、j 找到兩個角色
資料散在好幾個串列裡，全靠「第幾個」對齊；有人不小心把某個血量改成負數，也沒有地方擋。 物件導向（object-oriented programming，OOP）換一個角度：把一個角色的資料（名字、血量）和它會做的事（移動、攻擊）包成一個物件（object）。
| 組織方式 | 程式的主角 | 例子 |
|---|---|---|
| 程序導向（procedural） | 步驟與函式：資料交給函式處理 | attack(角色1, 角色2) |
| 物件導向（object-oriented） | 物件：資料和操作它的方法放在一起 | 角色1.attack(角色2) |
兩種方式沒有絕對的好壞，大型程式常常混著用。物件導向的想法最早來自 1960 年代挪威計算中心的 Ole-Johan Dahl 與 Kristen Nygaard， 他們設計的 Simula 語言（Simula 67）提出了類別、子類別等概念，兩人在 2001 年因此獲得 ACM 圖靈獎。 今天的 Java、C++、Python、C#、JavaScript 等語言都支援物件導向。
類別與物件：藍圖和照藍圖做出來的東西
| 名詞 | 意思 | 比喻 |
|---|---|---|
| 類別（class） | 規定這類物件有哪些資料、會做哪些事 | 房子的設計圖、帳戶的申請表格 |
| 物件（object），也叫實例（instance） | 依類別建立出來的一個實體，有自己的資料 | 照設計圖蓋好的一棟房子、一個開好的帳戶 |
| 屬性（attribute） | 物件身上的資料 | 戶名、餘額 |
| 方法（method） | 物件會做的事，就是寫在類別裡的函式 | 存款、提款 |
同一張設計圖可以蓋很多棟房子，每一棟的住戶、裝潢各自不同；同一個類別也可以建立很多個物件，每個物件的屬性各自獨立。
在 Python 裡：
class Account:定義類別；類別裡用def寫方法__init__是建立物件時自動執行的初始化方法，負責設定屬性的初始值- 方法的第一個參數
self代表「這一次被操作的那個物件」：a.deposit(300)時self就是a 物件.屬性、物件.方法(...)用點號存取
一個類別，兩個帳戶
右邊會畫出類別 Account 和兩個帳戶物件，以及名稱 a、b 各自指向哪一個物件。注意：呼叫 a.deposit(300) 時 self 指向 a 的物件；呼叫 b.withdraw(800) 時 self 換成指向 b 的物件。withdraw 先檢查餘額，Ben 的提款被擋下來。
封裝：資料交給方法看管
把資料和操作資料的方法包在同一個物件裡，叫做封裝（encapsulation）。 它的重點不只是「放在一起」，而是外界透過方法使用資料，由方法負責守住規則：
- 帳戶的餘額不能變成負數，所以提款一律走
withdraw()，由它先檢查 - 使用的人只要知道「有
deposit、withdraw可以用」，不必知道餘額怎麼存、檢查怎麼寫 - 之後要加上「每筆交易都記錄下來」，只改類別裡的方法，用這個類別的程式都不必改
讓外界看不到、碰不到內部細節，叫做資訊隱藏（information hiding）。不同語言的嚴格程度不同：
| 語言 | 怎麼表示「這是內部資料」 |
|---|---|
| Java、C++、C# | 宣告成 private，類別外面的程式直接存取會無法編譯 |
| Python | 慣例在名稱前面加底線，例如 _balance，意思是「請不要直接改」；語言本身不強制 |
這和上一課的函式是同一個想法：把細節藏在介面後面，使用的人只需要知道怎麼呼叫。
想一想：類別、物件與封裝
關於類別與物件，下列敘述何者正確？
下面的程式會印出什麼？
class Counter:
def __init__(self):
self.n = 0
def add(self):
self.n = self.n + 1
c1 = Counter()
c2 = Counter()
c1.add()
c1.add()
c2.add()
print(c1.n, c2.n)
帳戶類別規定提款一律呼叫 withdraw()，由它檢查餘額夠不夠。這是哪一個物件導向的觀念？
繼承：在既有的類別上加東西
長方形、圓形、三角形都是「形狀」，都有名字、都能算面積、都能介紹自己。 如果每個類別都從頭寫一次「介紹自己」，又會回到複製貼上的老問題。
繼承（inheritance）讓新的類別沿用既有類別的屬性與方法：
| 名詞 | 意思 | 例子 |
|---|---|---|
| 父類別（parent class、superclass） | 被繼承的類別，放共同的部分 | Shape |
| 子類別（child class、subclass） | 繼承父類別，再加上自己特有的部分 | Rect(Shape) |
| 改寫（override） | 子類別重新定義父類別已有的方法 | Rect 自己的 area() |
呼叫物件的方法時，電腦先在物件自己的類別找，找不到再往父類別找。所以 Rect 沒寫 describe() 也能用，用的是 Shape 的；
而 describe() 裡呼叫的 self.area()，因為 self 是長方形，找到的是 Rect 改寫過的版本。
子類別和父類別是「是一種」（is-a）的關係：長方形是一種形狀。如果說不通（汽車「是一種」輪子？），就不適合用繼承。
繼承與改寫：長方形是一種形狀
看建立 Rect(3, 4) 時，super().__init__ 怎麼請父類別幫忙設定 name；再看 r.describe()：Rect 沒有這個方法，執行的是 Shape 的；describe 裡的 self.area() 卻跳到 Rect 的 area。
多型：同一句話，各自做對的事
學校要通知期中考時間，有人用 Email，有人用簡訊，有人用 App 推播。 寫通知程式的人不想寫成一長串「如果是 Email 就…，如果是簡訊就…」，只想對每個管道說同一句話：「送出這則訊息」。
多型（polymorphism）就是這個意思：不同類別的物件提供同名的方法，呼叫的人用同一行程式 c.send(msg)，
每個物件依自己的類別做出適合的反應。多型通常靠繼承加上改寫來實現：
Notifier（規定：都有 send）
┌──────────┼──────────┐
Email SMS Push
寄出信件 只傳摘要 推播通知
好處是新增一種管道不用改呼叫的程式：之後加一個 Line 類別，只要它也有 send，原本的迴圈一個字都不必動。
多型：一個迴圈，三種通知方式
迴圈裡只有一行 c.send(...)。仔細看每一圈執行箭頭跳到哪一個類別的 send：第一圈 c 是 Email 物件、第二圈是 SMS、第三圈是 Push。
想一想：繼承與多型
下面的程式會印出什麼？
class A:
def hi(self):
return "A"
def show(self):
print(self.hi())
class B(A):
def hi(self):
return "B"
B().show()
A().show()
遊戲裡有戰士、法師、弓箭手三個類別，都有 attack() 方法但攻擊方式不同。程式用一個迴圈對所有角色呼叫 attack()，每個角色各自用自己的方式攻擊。這主要是哪一個觀念？
實作：正方形是一種長方形
Rect 類別已經會算面積，請完成兩件事：(1) 補完 perimeter()，回傳周長 2 × (寬 + 高)；(2) 完成子類別 Square 的 __init__：正方形是長寬相等的長方形，用 super().__init__(...) 把邊長交給 Rect 設定。Square 不必自己寫 area 和 perimeter，會從 Rect 繼承。
重點整理
- 類別是藍圖，物件是依藍圖建立的實體；物件有屬性（資料）與方法（行為），
self指向正在被操作的那個物件。 - 封裝：資料和操作資料的方法包在一起，外界透過方法使用，由方法守住規則；隱藏內部細節叫資訊隱藏。
- 繼承：子類別沿用父類別的屬性與方法，可以加上新的或改寫既有的；找方法時先找自己的類別，再往父類別找。
- 多型：同一個方法呼叫，不同類別的物件各自做出適合的反應；新增類別不必修改呼叫的程式。
- 程序導向以步驟與函式為主角，物件導向以物件為主角；兩者常混合使用。
下一課：學會了組織程式的方法，接下來比較同一個問題的不同解法：演算法要怎麼評估快慢？
想實際寫更多類別，可以接著上 Python 軌的物件導向單元；Java 軌則從頭到尾都以類別組織程式。