Python面向对象编程与依赖管理

一、实验目的

掌握Python基本语法，能够独立编写带输入输出、循环判断的脚本。
理解面向对象三大特性（封装、继承、多态），能够自定义类并实现继承和方法重写。
熟练使用pip管理第三方依赖，掌握虚拟环境的创建与激活。

二、实验环境

操作系统：Windows
Python版本：3.x
开发工具：VS Code
第三方库：见 requirements.txt（包含FastAPI、Uvicorn等，本次实验仅验证依赖管理能力）

三、实验内容

3.1 编写带输入输出、循环判断的Python脚本

文件：guess_num.py

该程序实现一个猜数字游戏：

程序随机生成1~100之间的整数。
用户通过控制台输入猜测的数字。
程序判断并提示“太大”、“太小”或“正确”。
循环直到猜中，并统计猜测次数。

核心代码分析：

import random

class GuessNumber:
    def __init__(self):
        self.guess_number = random.randint(1, 100)  # 随机目标数
        self.n = 0                                  # 猜的次数

    def guess(self):
        while True:
            user_guess = int(input("Guess a number between 1 and 100: "))
            if user_guess < self.guess_number:
                print("太小")
                self.n += 1
            elif user_guess > self.guess_number:
                print("太大")
                self.n += 1
            else:
                print("正确")
                print(f"你总共猜了 {self.n} 次")
                break

关键点：

使用input()获取用户输入，int()转换类型。
使用if-elif-else进行判断。
使用while True循环，直到猜中break退出。
通过类封装游戏逻辑。

3.2 理解面向对象三大特性：自定义类、继承、方法重写

文件：Animal.py

定义了基类Animal和两个子类Dog、Cat，演示了封装、继承、多态。

代码分析：

class Animal:
    def __init__(self, species):
        self.species = species      # 封装：属性

    def make_sound(self):
        return "Some sound"         # 父类方法

class Dog(Animal):                  # 继承
    def __init__(self, name):
        super().__init__("Dog")     # 调用父类构造器
        self.name = name

    def make_sound(self):           # 方法重写（多态）
        return "汪汪!"

class Cat(Animal):
    def __init__(self, name):
        super().__init__("Cat")
        self.name = name

    def make_sound(self):
        return "喵喵!"

三大特性体现：

封装：将数据（species, name）和行为（make_sound）封装在类中。
继承：Dog和Cat继承自Animal，复用species属性和make_sound方法结构。
多态：子类重写make_sound方法，同一接口表现出不同行为。

运行结果：

1 2	旺财是一只 Dog，它会说: 汪汪! 咪咪是一只 Cat，它会说: 喵喵!

3.3 使用pip管理第三方依赖，创建并激活虚拟环境

文件：requirements.txt

内容包含fastapi、uvicorn、pydantic等库，用于演示依赖管理。

操作步骤：

创建虚拟环境（以Windows为例，Linux/macOS类似）：
1
python -m venv venv
激活虚拟环境：
- Windows：venv\Scripts\activate
- Linux/macOS：source venv/bin/activate
安装依赖：
1
pip install -r requirements.txt
验证安装：
1
pip list
应显示requirements.txt中列出的所有包。
导出当前环境依赖：
1
pip freeze > requirements.txt

四、实验结果与分析

4.1 猜数字游戏运行示例

Guess a number between 1 and 100: 50
太小
Guess a number between 1 and 100: 75
太大
Guess a number between 1 and 100: 62
正确
你总共猜了 3 次

分析：程序正确实现了循环输入、大小判断、次数统计，符合预期。

4.2 动物类继承示例

输出如上所示，说明继承和方法重写正确执行，多态性体现良好。

4.3 依赖管理

执行pip install -r requirements.txt后，所有依赖成功安装。使用pip freeze可复现完全相同的依赖版本，便于环境迁移。

五、总结

通过本次实验，我掌握了以下技能：

Python基础编程：能够编写包含输入输出、条件判断、循环控制的脚本，如猜数字游戏。
面向对象编程：
- 理解了类的定义与实例化。
- 掌握了继承的使用方法（class Child(Parent)）。
- 学会了方法重写（override）和多态的运用。
- 体会了封装带来的代码模块化优势。
依赖管理：
- 能够使用pip安装、卸载、查看包。
- 会创建和激活Python虚拟环境，避免全局污染。
- 理解requirements.txt的作用，能够用pip freeze生成依赖清单。

本次实验为后续开发更复杂的Python项目（如Web服务、数据分析、机器学习）奠定了坚实的基础。今后将继续加强面向对象设计思想，并注重项目环境的隔离与管理。