Python编程实验六：面向对象应用

一、实验目的与要求

二、实验内容

三、主要程序清单和程序运行结果

第1题

第2题

四、实验结果分析与体会

一、实验目的与要求

（1）通过本次实验，学生应掌握类的定义与对象的创建、类的继承与方法的覆盖；
（2）理解类变量与实例变量的区别，能正确应用私有成员保护机制和运算符重载；
（3）综合应用所学知识实现对问题的编程求解；
（4）按照实验题目要求独立正确地完成实验内容（编写、调试算法程序，提交程序清单及及相关实验数据与运行结果）

二、实验内容

请使用Python语言在Jupyter Notebook环境下编程，完成下列题目的要求：

1、定义一个表示时间的类Time，要求它提供下面操作：

（1）Time(hours,minutes,seconds)创建一个时间对象
（2）t.hours()、t. minutes()和t. seconds()分别返回时间对象t的小时、分钟和秒钟值
（3）使用运算符==和<判断两个时间对象的相等和小于关系
（4）使用运算符+和-为Time对象定义加法和减法操作，例如t1+t1表示基于当前时间t1向后延长一段t2时间，而t1-t2则表示基于当前时间t1向前提前一段t2时间。

提示：（3）和（4）要应用运算符重载

2、假设学校成员类(SchoolMember)具有成员的姓名（name）、年龄（age）、性别(sex)属性。教师类（Teacher）继承了学校成员类，该类还记录了教师的职称(title)、工资(salary)、奖金(prize)等信息。学生类（Teacher）也继承了学校成员类，该类还记录了学生所属系部(dept)、成绩(score)等信息。请定义以上3个类，要求同时满足如下功能：

（1）创建教师和学生对象时需要调用父类方法进行必要的初始化
（2）能反映学校成员总人数的增减变化，即每创建一个对象时，则总人数加1；而对象注销时，总人数减1
（3）能够计算每位教师的总收入（工资+奖金），虽然不允许直接访问总收入，但可以通过提供相应的方法返回总收入值
（4）能使用print()函数输出每个对象的相关信息

三、主要程序清单和程序运行结果

第1题

1、定义一个表示时间的类Time，要求它提供下面操作：

（1）Time(hours,minutes,seconds)创建一个时间对象
（2）t.hours()、t. minutes()和t. seconds()分别返回时间对象t的小时、分钟和秒钟值
（3）使用运算符==和<判断两个时间对象的相等和小于关系
（4）使用运算符+和-为Time对象定义加法和减法操作，例如t1+t1表示基于当前时间t1向后延长一段t2时间，而t1-t2则表示基于当前时间t1向前提前一段t2时间。

提示：（3）和（4）要应用运算符重载

class Time:def __init__(self, hours, minutes, seconds):self._hours = hoursself._minutes = minutesself._seconds = secondsdef hours(self):return self._hoursdef minutes(self):return self._minutesdef seconds(self):return self._secondsdef __eq__(self, other):if isinstance(other, Time):return (self._hours == other.hours() andself._minutes == other.minutes() andself._seconds == other.seconds())return Falsedef __lt__(self, other):if isinstance(other, Time):if self._hours < other.hours():return Trueelif self._hours == other.hours():if self._minutes < other.minutes():return Trueelif self._minutes == other.minutes():if self._seconds < other.seconds():return Truereturn Falsedef __add__(self, other):if isinstance(other, Time):total_seconds = (self._hours * 3600 + self._minutes * 60 + self._seconds +other.hours() * 3600 + other.minutes() * 60 + other.seconds())hours = total_seconds // 3600minutes = (total_seconds % 3600) // 60seconds = (total_seconds % 3600) % 60return Time(hours, minutes, seconds)def __sub__(self, other):if isinstance(other, Time):total_seconds = (self._hours * 3600 + self._minutes * 60 + self._seconds -other.hours() * 3600 - other.minutes() * 60 - other.seconds())hours = total_seconds // 3600minutes = (total_seconds % 3600) // 60seconds = (total_seconds % 3600) % 60return Time(hours, minutes, seconds)h1 = int(input("请输入第一个时间的小时数："))
m1 = int(input("请输入第一个时间的分钟数："))
s1 = int(input("请输入第一个时间的秒钟数："))
t1 = Time(h1, m1, s1)h2 = int(input("请输入第二个时间的小时数："))
m2 = int(input("请输入第二个时间的分钟数："))
s2 = int(input("请输入第二个时间的秒钟数："))
t2 = Time(h2, m2, s2)if t1 == t2:print("t1 等于 t2")
else:print("t1 不等于 t2")
if t1 < t2:print("t1 小于 t2")
else:print("t2 小于 t1")t3 = t1 + t2
print("两个时间相加的结果为：{}小时{}分钟{}秒钟".format(t3.hours(), t3.minutes(), t3.seconds()))
t4 = t1 - t2
print("两个时间相减的结果为：{}小时{}分钟{}秒钟".format(t4.hours(), t4.minutes(), t4.seconds()))

以上代码定义了一个 Time 类，用于表示时间。该类包含以下方法和功能：

__init__(self, hours, minutes, seconds): 初始化方法，接受小时、分钟和秒钟作为参数，并将它们存储在对象的实例变量中。
hours(self), minutes(self), seconds(self): 这些方法用于获取对象实例中存储的小时、分钟和秒钟值。
__eq__(self, other): 重载了相等运算符 ==，用于比较两个 Time 对象是否相等。
__lt__(self, other): 重载了小于运算符 <，用于比较两个 Time 对象的大小关系。
__add__(self, other): 重载了加法运算符 +，实现了两个 Time 对象的相加操作。
__sub__(self, other): 重载了减法运算符 -，实现了两个 Time 对象的相减操作。

在主程序中，用户可以输入两个时间对象 t1 和 t2，然后进行以下操作：

检查 t1 是否等于 t2，并输出相应信息。
检查 t1 是否小于 t2，并输出相应信息。
将 t1 和 t2 相加，将结果存储在 t3 中，并输出相加结果。
将 t1 和 t2 相减，将结果存储在 t4 中，并输出相减结果。

这样，用户可以使用 Time 类来进行时间对象的比较、相加和相减操作。整体而言，这个代码实现了一个简单的时间处理功能。

运行结果：

第2题

2、假设学校成员类(SchoolMember)具有成员的姓名（name）、年龄（age）、性别(sex)属性。教师类（Teacher）继承了学校成员类，该类还记录了教师的职称(title)、工资(salary)、奖金(prize)等信息。学生类（Teacher）也继承了学校成员类，该类还记录了学生所属系部(dept)、成绩(score)等信息。请定义以上3个类，要求同时满足如下功能：

（1）创建教师和学生对象时需要调用父类方法进行必要的初始化
（2）能反映学校成员总人数的增减变化，即每创建一个对象时，则总人数加1；而对象注销时，总人数减1
（3）能够计算每位教师的总收入（工资+奖金），虽然不允许直接访问总收入，但可以通过提供相应的方法返回总收入值
（4）能使用print()函数输出每个对象的相关信息

class SchoolMember:total_members = 0def __init__(self, name, age, sex):self.name = nameself.age = ageself.sex = sexSchoolMember.total_members += 1def __del__(self):SchoolMember.total_members -= 1def get_info(self):return f"Name: {self.name}, Age: {self.age}, Sex: {self.sex}"class Teacher(SchoolMember):def __init__(self, name, age, sex, title, salary, prize):super().__init__(name, age, sex)self.title = titleself.salary = salaryself.prize = prizedef get_total_income(self):return self.salary + self.prizedef get_info(self):return f"{super().get_info()}, Title: {self.title}, Salary: {self.salary}, Prize: {self.prize}"class Student(SchoolMember):def __init__(self, name, age, sex, dept, score):super().__init__(name, age, sex)self.dept = deptself.score = scoredef get_info(self):return f"{super().get_info()}, Department: {self.dept}, Score: {self.score}"# 添加成员信息
def add_member():member_type = input("请输入成员类别(teacher or student): ")if member_type == "teacher":teacher_input = input("请输入教师信息(name, age, sex, title, salary, prize): ")teacher_info = teacher_input.split("，")teacher = Teacher(*teacher_info)members.append(teacher)print(f"增加老师: {teacher.get_info()}")elif member_type == "student":student_input = input("请输入学生信息(name, age, sex, department, score): ")student_info = student_input.split("，")student = Student(*student_info)members.append(student)print(f"增加学生: {student.get_info()}")else:print("无效成员类别")# 注销成员信息
def remove_member():name = input("请输入成员姓名: ")for member in members:if member.name == name:members.remove(member)del memberprint(f"{name}注销成功")returnprint(f"{name}未找到")members = []
while True:choice = input("请输入操作：(add, remove, info, quit): ")if choice == "add":add_member()elif choice == "remove":remove_member()elif choice == "info":for member in members:print(member.get_info())print(f"总成员数: {SchoolMember.total_members}")elif choice == "quit":breakelse:print("无效操作")print("程序结束")
print("所有成员信息:")
for member in members:print(member.get_info())

这段代码实现了一个简单的学校成员管理系统，包括 SchoolMember 类和其子类 Teacher 和 Student。

（1）类的定义：

SchoolMember 类：表示学校成员，包含基本信息（姓名、年龄、性别）和一个类变量 total_members 记录总成员数。__init__ 方法用于初始化成员信息，__del__ 方法用于注销成员时减少总成员数，get_info 方法返回成员信息。
Teacher 类：继承自 SchoolMember 类，增加了教师特有信息（职称、工资、奖金），并实现了计算总收入和重写 get_info 方法。
Student 类：也继承自 SchoolMember 类，增加了学生特有信息（系别、成绩），并重写了 get_info 方法。

（2）添加成员信息函数 add_member()：根据用户输入的成员类别（教师或学生），接收相应的信息并创建对应的对象，然后将对象添加到成员列表中，并输出添加成功的信息。

（3）注销成员信息函数 remove_member()：根据用户输入的成员姓名，在成员列表中查找并删除相应的成员，然后输出注销成功或未找到的信息。

（4）主程序部分：通过不断循环接受用户输入，实现了添加成员、注销成员、显示所有成员信息和退出程序的功能。根据用户输入执行相应操作，并输出结果。

（5）最后输出所有成员信息，并结束程序运行。

整体而言，这个程序提供了一个简单的学校成员管理系统，能够方便地添加、查看和删除教师和学生的信息。

运行结果：

四、实验结果分析与体会

通过本次实验，掌握了类的定义与对象的创建、类的继承与方法的覆盖；理解类变量与实例变量的区别，能正确应用私有成员保护机制和运算符重载。理解类和对象,在Python面向对象编程中，类是对象的抽象，对象是类的实例。类定义了一组属性和方法，而对象则是具有这些属性和方法的实体。理解这一点对于理解面向对象编程至关重要。

封装是面向对象编程的基础。通过封装，我们可以把数据和操作数据的函数绑定到一起，形成一个整体，也就是对象。这样可以保护内部数据的安全，也使得代码更加清晰和易于维护。继承是面向对象编程中的一个重要特性。通过继承，子类可以继承父类的所有属性和方法，同时还可以添加自己特有的属性和方法。这样可以有效地提高代码的复用性。多态是指同一个方法在不同的对象上可能会产生不同的行为。Python是一种动态类型语言，所以它的多态性主要体现在运行时。理解多态可以使我们的代码更加灵活和通用。在面向对象编程中，我们需要处理各种可能出现的错误和异常。Python提供了一套完善的异常处理机制，可以帮助我们更好地处理这些问题。Python的装饰器是一种非常强大的工具，它可以用来修改或增强函数或类的功能。在面向对象编程中，装饰器可以帮助我们更好地管理和维护代码。

通过这次实验，我对Python面向对象编程有了更深入的理解，也提高了我的编程技能。我认为，面向对象编程不仅是一种编程范式，更是一种思维方式，它可以帮助我们更好地分析问题，设计解决方案。