全文共9402字，预计学习时长19分钟
图片来源：https://unsplash.com/@marcelheil
Python是数据科学中一种十分常用的编程语言。对一些人来讲，它的语言灵活、可读性强，对另一些人来讲，它简单易上手，对大多数人来讲，是由于它的多面性。
我们将Python称为多面语言，因为它允许使用四种不同的编码规范进行编码：功能性、命令性、面向对象和面向过程。这些编码风格被正式称为编程范例（https://en.wikipedia.org/wiki/Programming_paradigm），代表了一种根据语言特性对语言进行分类的方法。
本文将对面向对象编程( OOP )（https://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming）进行研究。
什么是面向对象编程( OOP )？
OOP是一种基于对象概念的编程范式。在计算机科学中，“对象”一词可以指代不同概念，但基本上，它是标识符所引用的内存值（https://en.wikipedia.org/wiki/Object_(computer_science)）。
在OOP的执行环境中，对象指状态（变量）和行为（方法）的组合。面向对象方法的目标是创建可重复使用的软件，以下四个特征使其更易维护：封装、抽象、继承和多态。
还可以进一步区分面向对象语言，例如，基于类和基于原型。
在基于类的OOP中，对象是类的实例。类是关于如何定义某些内容的蓝图，但它不会提供内容本身——它只是提供结构。
学习策略
有许多方法可以用来学习和练习OOP，因必须选择其中一种，所以笔者决定采用莎士比亚的《罗密欧与朱丽叶》的故事线，制作一个简单的基于文本的游戏。具体步骤如下：
1. 写下故事
2. 指出问题
3. 确定实体——这些是类别
4. 创建实体层次结构
5. 确定实体的功能
6. 编写测试
7. 检查测试是否成功——因未编写过任何代码，所以最初会出现错误！
8. 编写代码
9. 重复！重构！精炼！
这个过程不是一成不变的，也不是注定要被它牵着鼻子走。这一系列步骤帮助笔者开始了编程之路。面向对象不仅仅是一种编程范式，还是一种解决问题的方法，尽管它并非没有非议，但在构建复杂系统时却是一个很好的选择。
兔子洞（The Rabbit Hole）
请注意步骤6：编写测试。现在，这个不是笔者最初的步骤。笔者正计划给各类别编码。但在研究OOP时，笔者发现了测试驱动开发( TDD )这一概念。
TDD是一种编程实践，开始于程序每个功能所进行的测试的设计和开发。这样，在开始编写代码之前，你就不得不考虑其规范、要求或设计。换句话说，在编写任何代码之前，都要编写代码来测试代码。
是不是感到迷惑不解？笔者也是。但做这个练习是完全值得的。
测试驱动开发和单元测试
TDD的过程非常简单：
图片来自Kanchan Kulkarni的TDD教程（https://www.guru99.com/test-driven-development.html）
1. 写出测试
2. 运行测试
3. 写下代码
4. 运行测试
5. 重构代码
6. 重复步骤
在这个例子中，笔者使用单元测试（http://softwaretestingfundamentals.com/unit-testing/）进行TDD。单元测试是软件测试的第一级，其目的是验证程序中的每个单元是否按设计执行。可以使用不同的框架来执行单元测试。
人们对于TDD持有两种不同观点。就我个人的经历而言，TDD的优点如下：
· 在毫无方向地开始输入代码之前，TDD迫使人们必须考虑要解决的问题。
· 在基于类别的OOP的特殊情况下，它能帮助理解每个类别内容。如职责是什么？必须知道什么？——目标是低耦合和高内聚性时，这变得更加息息相关。
· 尽管一开始它可能会减慢速度，但从长远来看，它通过最小化调试时间来节省时间。
· 它鼓励更好的设计，使代码更容易维护、减少冗余（不写重复代码！），并在需要时安全地重构。
· 它是一个动态文档——只需查看测试，就能理解每个单元应该做什么，如此一来，代码就能自证其明。
罗密欧与朱丽叶——代码与测试
在考虑了游戏的故事性之后，笔者决定采用两个不同的故事线：经典桥段和另类桥段。第一个是人们熟知的罗密欧与朱丽叶，第二个故事对我们来说则较为陌生。
故事安排（创建不同类别的引用）如下：
· 场景：蒙面舞会、阳台、决斗，安排、药剂师、卡普莱特墓和另类结局。该“场景”有两个主要职责，即为玩家描述场景，以及以是非问题提示玩家从而获取信息输入。
· 地图：地图就像一个有限状态机（https://en.wikipedia.org/wiki/Deterministic_finite_automaton）。它具有有限的状态（场景）、转换函数（从一个场景移动到另一个场景）和开始状态（第一个场景）。
· 故事线：定义两个唯一常量值。
从场景的定义中可以看到，所有场景都有相同的职责，只有它们的内容发生了变化（场景的描述和提示）。这就是为什么要利用继承的概念。这个概念允许定义一个类，该类别从另一个类中继承了所有方法和属性；在这种情况下，不重复写代码至关重要。
class Storyline(Enum): CLASSIC = "classic" ALTERNATIVE = "alternative"
对于故事线这一类别，笔者使用了Python’s enumeration type（https://docs.python.org/3/library/enum.html）或enum。在文档中，它们的定义为“一组绑定到唯一常量值的符号名（成员）。在枚举中，成员可以按标识进行比较，枚举本身可以循环访问。”
接下来，我们有Sence类和MockSence类。测试代码中有两个值得注意的特征：1.使用MockMap类；2.创建TestScene类以测试Scene类。在单元测试阶段，将创建一个Test类为每个类编写测试。
Class Scene(object): a_map = None def __init__(self, a_map): self.a_map = a_map def get_message(self): return """ This scene is yet to be initialized """ def get_prompt(self): return """ This scene is yet to be initialized """ def enter(self): self.print_description() self.prompt_user() def print_description(self): print(dedent(self.get_message())) def prompt_user(self): input_from_user = input(self.get_prompt()).lower() if input_from_user == "yes": self.a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) elif input_from_user == "no": self.a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.a_map.play()
import unittest
from unittest.mock import patch, mock_open
import sys
import io
from romeo_and_juliet import *
class MockMap(Map):
storyline = None
play_executed = False
def advance_scene(self, a_storyline):
self.storyline = a_storyline
def play(self):
self.play_executed = True
class TestScene(unittest.TestCase):
def test_print_description(self):
a_scene = Scene(Map())
# Capturing the standard output as a test harness.
capturedOutput = io.StringIO()
sys.stdout = capturedOutput
a_scene.print_description()
self.assertEqual(capturedOutput.getvalue(), dedent("""
This scene is yet to be initialized\n
"""))
# Releasing standard output.
sys.stdout = sys.__stdout__
def test_prompt_user(self):
a_map = MockMap()
a_scene = Scene(a_map)
with patch("builtins.input", return_value = "yes"):
a_scene.prompt_user()
self.assertEqual(a_map.storyline, Storyline.CLASSIC)
with patch("builtins.input", return_value = "no"):
a_scene.prompt_user()
self.assertEqual(a_map.storyline, Storyline.ALTERNATIVE)
self.assertTrue(a_map.play_executed)
最后，来看看Map类和TestMap类。和往常一样，我们会创建一个模拟测试，但在本例中，是为Scene类创建一个MockScene类。
class Map(object):
scenes = None
current_scene = None
def __init__(self):
self.scenes = {
"the_masked_ball": TheMaskedBall(self),
"the_balcony": TheBalcony(self),
"the_duel": TheDuel(self),
"the_arrangement": TheArrangement(self),
"the_apothecary": TheApothecary(self),
"the_capulet_tomb": TheCapuletTomb(self),
"the_alternative_ending": TheAlternativeEnding(self)
}
self.current_scene = self.scenes["the_masked_ball"]
def get_current_scene(self):
return self.current_scene
def play(self):
self.current_scene.enter()
def advance_scene(self, storyline):
if storyline == Storyline.CLASSIC:
if self.current_scene == self.scenes["the_masked_ball"]:
self.current_scene = self.scenes["the_balcony"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_balcony"]:
self.current_scene = self.scenes["the_duel"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_duel"]:
self.current_scene = self.scenes["the_arrangement"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_arrangement"]:
self.current_scene = self.scenes["the_apothecary"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_apothecary"]:
self.current_scene = self.scenes["the_capulet_tomb"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_capulet_tomb"]:
raise Exception
if storyline == Storyline.ALTERNATIVE:
if self.current_scene == self.scenes["the_masked_ball"]:
self.current_scene = self.scenes["the_alternative_ending"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_balcony"]:
self.current_scene = self.scenes["the_alternative_ending"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_duel"]:
self.current_scene = self.scenes["the_alternative_ending"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_arrangement"]:
self.current_scene = self.scenes["the_alternative_ending"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_apothecary"]:
self.current_scene = self.scenes["the_alternative_ending"]
elif self.current_scene == self.scenes["the_alternative_ending"]:
raise Exception
class MockScene(Scene): was_entered = False def enter(self): self.was_entered = True class TestMap(unittest.TestCase): def test_play(self): a_map = Map() mock_scene = MockScene(a_map) a_map.current_scene = mock_scene a_map.play() self.assertTrue(mock_scene.was_entered) def test_initial_state(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) def test_advance_scene_classic(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheBalcony) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheDuel) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheArrangement) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheApothecary) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheCapuletTomb) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) def test_advance_scene_alternative_one(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheAlternativeEnding) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) def test_advance_scene_alternative_two(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheBalcony) a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheAlternativeEnding) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) def test_advance_scene_alternative_three(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheBalcony) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheDuel) a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheAlternativeEnding) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) def test_advance_scene_alternative_four(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheBalcony) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheDuel) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheArrangement) a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheAlternativeEnding) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) def test_advance_scene_alternative_five(self): a_map = Map() self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheMaskedBall) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheBalcony) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheDuel) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheArrangement) a_map.advance_scene(Storyline.CLASSIC) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheApothecary) a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE) self.assertIsInstance(a_map.get_current_scene(), TheAlternativeEnding) with self.assertRaises(Exception): a_map.advance_scene(Storyline.ALTERNATIVE)
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编译组：余书敏、张璐瑶
相关链接：
https://towardsdatascience.com/object-oriented-programming-and-the-magic-of-test-driven-development-d377acae85fa
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