# 第 3-1 课：Python 与 Java 的类和对象

## 一、本课定位

你已经有成熟的 Java 开发经验，因此本阶段不再从“什么是对象”开始长篇讲解。本课采用差异驱动方式：先建立 Java 写法与 Python 写法的对应关系，再通过代码和练习形成 Python 语感。

即使没有完整阅读本文，也请至少运行示例并完成 `practice.py`。示例输出和练习题中会重复本课的关键差异。

## 二、本课目标

完成本课后，你将能够：

1. 使用 Python 定义类、初始化对象并调用实例方法；
2. 理解 `self` 与 Java `this` 的关系和语法差异；
3. 区分实例属性与类属性；
4. 区分实例方法、类方法和静态方法；
5. 避免把 Java 的字段声明、构造器和 `new` 原样搬到 Python；
6. 理解 Python 对象模型更动态，但工程代码仍应保持清晰约束。

## 三、前置知识

- 已有 Java 类、对象、构造器、实例字段和 `static` 成员经验；
- 已学习 Python 函数、字典和类型注解；
- 能在 PowerShell 中运行 Python 文件。

## 四、先看差异速查表

| 关注点 | Java | Python |
|---|---|---|
| 定义类 | `public class Agent` | `class Agent:` |
| 创建对象 | `new Agent(...)` | `Agent(...)`，没有 `new` |
| 初始化入口 | 与类同名的构造器 | `__init__` 特殊方法 |
| 当前对象 | 隐式 `this` | 定义方法时显式写 `self` |
| 实例字段 | 通常在类体中声明 | 通常在 `__init__` 中赋值创建 |
| 类级数据 | `static` 字段 | 类属性 |
| 实例方法 | 默认接收隐式 `this` | 第一个参数通常写 `self` |
| 类级工厂 | 常用 `static` 方法 | 常用 `@classmethod` 和 `cls` |
| 静态工具方法 | `static` 方法 | `@staticmethod`，无 `self`/`cls` |
| 访问控制 | `public/protected/private` | 主要依赖命名约定，后续课详讲 |
| 方法重载 | 支持同名不同参数 | 不按 Java 方式支持，后续课详讲 |

## 五、最小类定义

```python
class Agent:
    def __init__(self, name: str) -> None:
        self.name = name

    def describe(self) -> str:
        return f"Agent：{self.name}"


agent = Agent("代码助手")
print(agent.describe())
```

对应 Java 思维可以理解为：

- `__init__` 负责接收初始化数据，但它不是与类同名的构造器；
- `self.name = name` 在当前实例上创建并赋值 `name` 属性；
- `self` 类似 `this`，只是 Python 要在方法定义中明确写出来；
- 调用 `agent.describe()` 时不传 `self`，解释器会自动传入 `agent`；
- 创建对象直接调用 `Agent(...)`，不写 `new`。

严格来说，Python 先通过 `__new__` 创建对象，再由 `__init__` 初始化对象。本阶段日常业务代码先掌握 `__init__` 即可，暂不展开 `__new__`。

## 六、Python 属性不要求预先声明

Java 通常先声明字段：

```java
private String name;
```

Python 常在 `__init__` 中直接建立实例属性：

```python
self.name = name
```

Python 甚至允许对象创建后动态添加属性：

```python
agent.status = "工作中"
```

这体现了 Python 的动态性。它不是鼓励随意改变对象结构；在成熟项目中，仍应尽量在 `__init__` 中集中建立稳定的实例属性，让阅读者和类型检查工具更容易理解对象。

## 七、实例属性与类属性

```python
class Agent:
    platform = "Codex"

    def __init__(self, name: str) -> None:
        self.name = name
```

- `self.name` 是实例属性，每个对象可以保存不同值；
- `Agent.platform` 是类属性，由类统一提供，作用类似 Java `static` 字段；
- `agent.platform` 也能读取类属性，但类级含义明确时优先使用 `Agent.platform`；
- 如果执行 `agent.platform = "其他平台"`，通常会在该实例上创建同名实例属性，从而遮蔽类属性，而不是修改整个类的值。

最后一点与 Java 字段访问直觉不同，是常见问题。

## 八、三种方法

### 8.1 实例方法

```python
def describe(self) -> str:
    return self.name
```

通过 `self` 访问当前对象，适合处理实例状态。

### 8.2 类方法

```python
@classmethod
def from_config(cls, config: dict[str, str]) -> "Agent":
    return cls(config["name"])
```

装饰器（Decorator）`@classmethod` 会让方法接收当前类 `cls`。它很适合命名工厂：使用 `cls(...)` 而非写死 `Agent(...)`，子类继承时更自然。

### 8.3 静态方法

```python
@staticmethod
def is_valid_name(name: str) -> bool:
    return bool(name.strip())
```

静态方法不接收 `self` 或 `cls`。它只是逻辑上属于该类，但不需要访问实例状态或类状态。

不要为了模仿 Java 工具类而大量使用静态方法。普通模块函数也是 Python 中很自然的组织方式。

## 九、完整示例

示例文件：

```text
03_面向对象/3_1_Python与Java的类和对象/class_object_comparison.py
```

示例会直接输出五项差异：

1. `__init__` 与 Java 构造器的区别；
2. `self` 与 `this` 的区别；
3. Python 属性的动态创建；
4. 类属性与 `static` 字段的对应关系；
5. Python 创建对象不写 `new`。

## 十、运行方法

在项目根目录 `D:\Code\Python` 打开 PowerShell，运行：

```powershell
python .\03_面向对象\3_1_Python与Java的类和对象\class_object_comparison.py
```

完成练习后运行：

```powershell
python .\03_面向对象\3_1_Python与Java的类和对象\practice.py
```

## 十一、示例预期结果

输出中应依次看到“差异 1”到“差异 5”，并看到：

```text
代码助手 使用 gpt-5.2，运行平台：Codex
动态添加的 status：工作中
通过类读取：Codex；通过实例读取：Codex
审查助手 使用 gpt-5，运行平台：Codex
名称是否合法：True
```

## 十二、Java 开发者常见误区

### 12.1 创建对象时写 `new`

Python 没有这种语法，直接写：

```python
agent = Agent("代码助手")
```

### 12.2 调用方法时手动传 `self`

调用 `agent.describe()` 时 Python 会自动绑定实例，不要写 `agent.describe(agent)`。

### 12.3 忘记在方法定义中写 `self`

实例方法定义必须显式接收当前对象：

```python
def describe(self) -> str:
    ...
```

`self` 不是保留关键字，但它是整个 Python 社区遵守的标准命名，不要改成其他名字。

### 12.4 把所有工厂方法都写成静态方法

如果方法需要创建“当前类”的实例，优先考虑 `@classmethod` 和 `cls(...)`，这比写死类名更适合继承。

### 12.5 认为没有 `private` 就无法封装

Python 更依赖约定、属性和接口设计。单下划线、双下划线及 `property` 会在下一课结合 Java 访问控制集中讲解。

### 12.6 用多个同名方法实现重载

Python 类体中后定义的同名方法会覆盖前一个定义，不能照搬 Java 重载。常见替代方式包括默认参数、关键字参数和单分派，后续按需讲解。

## 十三、课堂练习

打开 `practice.py`，完成一个 `Book` 类。练习覆盖：

1. `__init__` 和实例属性；
2. `self` 和实例方法；
3. 类属性；
4. `@classmethod` 命名工厂；
5. `@staticmethod` 校验方法；
6. 不使用 `new` 创建并运行对象。

每部分都附有 Java 对照提醒和最终预期输出，因此可以直接从练习开始。

## 十四、参考答案

参考答案暂不写入 `practice.py`，避免直接照抄。完成后可以把代码交给我，我会从以下三方面反馈：

1. 正确性：对象创建、属性和方法结果是否正确；
2. 可读性：命名、结构和注释是否符合 Python 习惯；
3. 知识掌握：是否仍残留 Java 式写法，能否解释选择原因。

## 十五、本课小结

- Python 用 `class` 定义类，但通常不写 `public`；
- 使用 `__init__` 初始化实例，创建对象时不写 `new`；
- `self` 类似 Java `this`，在定义实例方法时必须显式声明；
- 实例属性通常通过 `self.xxx` 在 `__init__` 中建立；
- 类属性类似 `static` 字段，但实例同名赋值会产生遮蔽；
- `@classmethod` 接收 `cls`，适合可继承的命名工厂；
- `@staticmethod` 不接收实例或类，只处理与类有关的独立逻辑；
- Python 更动态，但成熟项目仍需要稳定、清晰的对象结构。

## 十六、验收标准

- 能不使用 `new` 创建 Python 对象；
- 能正确编写 `__init__` 和 `self`；
- 能解释 `self` 与 Java `this` 的语法差异；
- 能区分实例属性和类属性；
- 能区分实例方法、类方法和静态方法；
- 能解释为什么命名工厂中优先使用 `cls(...)`；
- 能指出 Python 不支持 Java 式同名方法重载；
- `practice.py` 的实际输出与题目预期一致。