类与封装(Class and Encapsulation) in Python

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1 Why Class

（这篇文章是一篇新手级的文章，请高手绕道）
最初人们编程的时候都是用过程在编程。然而随着使用的深入，人们开始使用类。大概的进化过程是这样：

过程—> 过程+函数 —> 类 —> 类&子类......

我们作为一个初学者的时候，往往不明白为什么要用类，为什么不直接用过程就好了。Well, 简短的程序是可以用过程+函数，然而一旦要涉及到很多调用的情况，还是要有Class，让整个程序都可以看起来很清爽。

2 Class is an abstract of things

下面举一个例子：
Al在它的书里面第八章[https://automatetheboringstuff.com/chapter8/] 讲了一个project（Project: Generating Random Quiz Files），就是讲的一个有一个地理老师，他管理了一个35人的班级，准备给他们出一套试题，考考美国的50个州和每个州的首府；由于有很多童鞋喜欢抄袭，所以这个老师就准备每个学生准备一份（美国老师好敬业啊，遥想读书当年，我们的老师最多就提过AB卷），然而如果人工来准备太麻烦了，所以老师决定自动化。

要解决的思路很简单，就是通过几个循环，将答案shuffle开就是，这里写一段伪代码讲讲大致思路：

for 童鞋 = 1 to 童鞋总数(35)：
    随机打乱50题
 for 每一题 = 1 to 题目总数(50): 
             生成正确的答案+错误的答案 
             打印问题到试卷文件中 
             打印答案到答案文件中

具体思路请看Al的帖子[https://automatetheboringstuff.com/chapter8/] ，搜索Generating Random Quiz Files。

新的问题

那么现在问题来了，如果是有一个中国的地理老师是你的朋友，准备跟国际接轨，考中国的34个省的省会，而班上有60位同学，你也准备每人准备一套试卷，要怎么准备呢？

有一个简单的方法就是改参数，然而，这样的问题是，可能而且程序也会显得很ad-hoc。如果又是另一个国家的又怎么办。如果这个地理老师下次再找到你，让你帮忙给班上58位同学准备有48道题的试卷呢？

3 Class Solution

所以这里提出类的方法。听过类的童鞋都知道类有『封装，继承，多态』三个属性。咱们这里会用到封装。
这里是将Al的方法改为Class之后的结果：

# -- coding: utf-8 --# RandomQuizGenerator.pyimport randomcapitals = {'Alabama': 'Montgomery', 'Alaska': 'Juneau', 'Arizona': 'Phoenix',            'Arkansas': 'Little Rock', 'California': 'Sacramento',            'Colorado': 'Denver', 'Connecticut': 'Hartford', 'Delaware': 'Dover',            'Florida': 'Tallahassee', 'Georgia': 'Atlanta', 'Hawaii': 'Honolulu',            'Idaho': 'Boise', 'Illinois': 'Springfield', 'Indiana': 'Indianapolis',            'Iowa': 'Des Moines', 'Kansas': 'Topeka', 'Kentucky': 'Frankfort',            'Louisiana': 'Baton Rouge', 'Maine': 'Augusta', 'Maryland': 'Annapolis',            'Massachusetts': 'Boston', 'Michigan': 'Lansing', 'Minnesota': 'Saint Paul',            'Mississippi': 'Jackson', 'Missouri': 'Jefferson City', 'Montana':                'Helena', 'Nebraska': 'Lincoln', 'Nevada': 'Carson City', 'New Hampshire':                'Concord', 'New Jersey': 'Trenton', 'New Mexico': 'Santa Fe', 'New York':                'Albany', 'North Carolina': 'Raleigh', 'North Dakota': 'Bismarck', 'Ohio':                'Columbus', 'Oklahoma': 'Oklahoma City', 'Oregon': 'Salem', 'Pennsylvania':                'Harrisburg', 'Rhode Island': 'Providence', 'South Carolina': 'Columbia',            'South Dakota': 'Pierre', 'Tennessee': 'Nashville', 'Texas': 'Austin',            'Utah': 'Salt Lake City', 'Vermont': 'Montpelier', 'Virginia': 'Richmond',            'Washington': 'Olympia', 'West Virginia': 'Charleston',            'Wisconsin': 'Madison', 'Wyoming': 'Cheyenne'}NUM_OF_STUDENTS = 35NUM_OF_QUESTIONS = 50class RandomQuizGenerator():    def __init__(self, capitals, number_of_students, number_of_questions):        self.capitals = capitals        self.number_of_students = number_of_students        self.number_of_questions = number_of_questions        self.quiz_file = None        self.quiz_answer_file = None    def run(self):        # TODO create a loop of number_of_students quizzes        for quiz_num in range(self.number_of_students):            # Create the quiz and answer key files.            self.init_quiz_file(quiz_num)            # Generate random questions' order for each quiz.            unique_states_list = list(self.capitals.keys())            random.shuffle(unique_states_list)            # loop through all 50 States, making a question for each.            self.generate_one_quiz(unique_states_list)            # Close the quiz_file and the quiz_answer_file            self.close_quiz_file()    def init_quiz_file(self, quiz_num):        self.quiz_file = open('capitalsQuiz%s.txt' % (quiz_num + 1), 'w')        self.quiz_answer_file = open('capitalsQuiz_Answers%s.txt' % (quiz_num + 1), 'w')        # Write out the header for the quiz.        self.quiz_file.write('Name:\n\nDate:\n\nPeriod:\n\n')        self.quiz_file.write((' ' * 20) + 'States Capitals Quiz (Form %s)'                             % (quiz_num + 1))        self.quiz_file.write('\n\n')    def close_quiz_file(self):        self.quiz_file.close()        self.quiz_answer_file.close()    def generate_one_quiz(self, unique_states_list):        for question_num in range(self.number_of_questions):            # Generate wrong answers            question_state = unique_states_list[question_num]            correct_answer = self.capitals[question_state]            wrong_answers = list(self.capitals.values())            del wrong_answers[wrong_answers.index(correct_answer)]            wrong_answers = random.sample(wrong_answers, 3)            # Get the right answer and mingle with the wrong one            answer_options = wrong_answers + [correct_answer]            random.shuffle(answer_options)            # Write the answer to the self.quiz_file            self.quiz_file.write('%s. What is the capital of %s?\n'                                 % (question_num + 1, question_state.encode('utf-8')))            for i in range(4):                self.quiz_file.write(' %s. %s\n' % ('ABCD'[i], answer_options[i].encode('utf-8')))            self.quiz_file.write('\n')            # Write the answer to the self.quiz_answer_file            self.quiz_answer_file.write('%s. %s\n' % (question_num + 1,                                                      'ABCD'[answer_options.index(correct_answer)]))    def change_save_file_name(self, quiz_save_name, answer_save_name):        # TODO The teacher can change the name of the save file.        passdef main():    random_quiz_generator = RandomQuizGenerator(capitals, NUM_OF_STUDENTS, NUM_OF_QUESTIONS)    random_quiz_generator.run()    passif __name__ == '__main__':    main()

￥￥￥￥￥￥￥￥￥￥￥我是文件的分界线￥￥￥￥￥￥￥￥￥￥

封装

你可能会说，这个看着比原来更复杂啊，然而，假如这个是拿给地理老师，他并不需要懂上面那一段，他只需要看懂下面这段代码就是了：

# -- coding: utf-8 --
# china_provincial_capital.py
import RandomQuizGenerator

capitals = {u'北京': u'北京', u'上海': u'上海', u'天津': u'天津', u'重庆':u'重庆', u'新疆': u'乌鲁木齐',
            u'黑龙江': u'哈尔滨', u'吉林': u'长春', u'辽宁': u'沈阳', u'内蒙古': u'呼和浩特', u'河北': u'石家庄',
            u'甘肃': u'兰州', u'青海': u'西宁', u'陕西': u'西安', u'宁夏': u'银川', u'河南': u'郑州',
            u'山东': u'济南', u'山西': u'太原', u'安徽': u'合肥', u'湖北': u'武汉', u'湖南': u'长沙',
            u'江苏': u'南京', u'四川': u'成都', u'贵州': u'贵阳', u'云南': u'昆明', u'广西': u'南宁',
            u'西藏': u'拉萨', u'浙江': u'杭州', u'江西': u'南昌', u'广东': u'广州', u'福建': u'福州',
            u'台湾': u'台北', u'海南': u'海口', u'香港': u'香港', u'澳门': u'澳门'
}


if __name__ == '__main__':
    total_question = len(capitals)
    total_students = 6
    china_capital_quiz = RandomQuizGenerator.RandomQuizGenerator(capitals, total_students, total_question)
    china_capital_quiz.run()

是不是要清爽很多？但为什么这么短呢？因为你把题目封装了，封装将详细的方法隐藏了，所以Class只需要被调用就是；具体的实现，只需要操作一个很小的文件就是了。

继承、多态

可能有同学会说：『我用过程去改一下输入输出也可以做这件事哦』。嘿嘿，好像是可以；然而假如你面对的不是一个地理老师呢？如果是还有其他老师，选择题的选项不止4个怎么办？又拿原来做好的过程文件去改；还是用Class中拉一个subclass出来呢？很明显答案是subclass更好。首先可以继承原来的Class，然后还可以在这个Class上做改变。整个程序也会更清晰。

4 Conclusion

所以咯，学习Class，有一个方法就是把自己原来写的那些过程改一下，这样可以更好的体验哟