案例：图书管理系统
2026/5/11大约 13 分钟
1. 需求
某社区图书馆需要开发一个简单的图书管理系统。系统需要支持会员登录、图书借阅、图书归还等功能。系统中有两种类型的会员：普通会员和VIP会员，他们的借书权限不同。使用面向对象编程的思想，设计并实现这个图书管理系统。
1.1 核心功能
- 会员登录：会员通过卡号和密码登录系统
- 借书：会员可以借阅库存中有余量的图书
- 还书：会员可以归还借阅的图书
- 查看我的借阅：展示当前会员已经借阅的图书列表
- 退出系统
1.2 借阅规则
- 普通会员最多可借3本
- VIP会员最多可借 6+VIP等级 本 （VIP等级，默认为1）
1.3 注意事项
- 登录成功（卡号和密码均正确）后，才可以访问该系统
- 图书库存不足，或当前会员借书数量达到最大借书数量，不能再借新书
2.资料
2.1 图书数据
[
{
"编号": "AI001",
"标题": "LangChain入门与实践",
"作者": "李智慧",
"数量": 8
},
{
"编号": "AI002",
"标题": "LangGraph构建智能Agent",
"作者": "王浩帆",
"数量": 5
},
{
"编号": "AI003",
"标题": "MCP协议从零实战",
"作者": "张子轩",
"数量": 6
},
{
"编号": "AI004",
"标题": "大模型Tool Calling开发指南",
"作者": "刘明远",
"数量": 7
},
{
"编号": "AI005",
"标题": "RAG技术与应用",
"作者": "赵子涵",
"数量": 10
},
{
"编号": "AI006",
"标题": "Prompt Engineering权威指南",
"作者": "孙一凡",
"数量": 12
},
{
"编号": "AI007",
"标题": "向量数据库实战",
"作者": "陈思琪",
"数量": 4
},
{
"编号": "AI008",
"标题": "Transformer架构深度解析",
"作者": "吴宇轩",
"数量": 6
},
{
"编号": "AI009",
"标题": "大模型微调技术详解",
"作者": "林语晨",
"数量": 9
},
{
"编号": "AI010",
"标题": "Agentic Workflow设计模式",
"作者": "郭子睿",
"数量": 5
}
]2.2 用户数据
[
{
"卡号": "V001",
"姓名": "王林",
"密码": "666888",
"会员等级": 6
},
{
"卡号": "V002",
"姓名": "李慕婉",
"密码": "123456",
"会员等级": 4
},
{
"卡号": "V003",
"姓名": "司徒南",
"密码": "888888",
"会员等级": 5
},
{
"卡号": "V004",
"姓名": "周茹",
"密码": "520131",
"会员等级": 1
},
{
"卡号": "V005",
"姓名": "王平",
"密码": "123789",
"会员等级": 2
},
{
"卡号": "N001",
"姓名": "柳眉",
"密码": "654321"
},
{
"卡号": "N002",
"姓名": "孙镇伟",
"密码": "112233"
},
{
"卡号": "N003",
"姓名": "许立国",
"密码": "998877"
},
{
"卡号": "N004",
"姓名": "周武泰",
"密码": "445566"
},
{
"卡号": "N005",
"姓名": "拓森",
"密码": "778899"
}
]3.实体类
3.1 图书实体类
根据 books.json 的数据结构，图书实体类需要包含以下核心要素：
- 属性: 编号、标题、作者、总数、可用数量
- 行为: 借书、还书、查询可用数量。
class Book:
def __init__(self, book_id, title, author, total_num):
# 书籍编号
self.book_id = book_id
# 标题
self.title = title
# 作者
self.author = author
# 总数
self.total_num = total_num
# 可用数量
self.__available_num = total_num
def borrow_book(self):
"""
如果可用数量大于0，则将可用数量减1
:return: 是否成功借阅
"""
if self.__available_num > 0:
self.__available_num -= 1
return True
return False
def return_book(self):
"""
还书
:return:
"""
self.__available_num += 1
def get_available_num(self):
"""
获取可用数量
:return: 可用数量
"""
return self.__available_num3.2 会员类
根据 members.json 的数据结构及系统功能，会员实体类需要包含以下核心要素：
- 属性: 卡号、姓名、密码、借阅书籍列表
- 行为: 借书、还书、查询可用数量。
class Member:
def __init__(self, member_id, name, password):
# 卡号
self.member_id = member_id
# 姓名
self.name = name
# 密码
self.__password = password
# 借阅书籍列表
self.__borrowed_books = []
def borrow_book(self, book: Book):
"""
借阅书籍
:param book: 要借阅的书籍
:return: 是否成功借阅
"""
if len(self.__borrowed_books) >= self.get_max_books():
print("借阅失败，您的借阅数量已达最大限制！")
return False
if book.borrow_book():
self.__borrowed_books.append(book)
print(f"{self.name} 已成功借阅图书 {book.title}")
return True
else:
print(f"借阅失败，图书 {book.title} 已被借完！")
return False
def return_book(self, book: Book):
"""
归还书籍
:param book: 要归还的图书
:return:
"""
if book in self.__borrowed_books:
self.__borrowed_books.remove(book)
book.return_book()
print(f"{self.name} 已成功还回图书 {book.title}")
else:
print(f"归还失败，您没有借阅图书 {book.title}！")
def get_password(self):
"""
获取密码
:return: 密码
"""
return self.__password
def get_borrowed_books(self):
"""
获取已借阅书籍
:return: 已借阅书籍列表
"""
return self.__borrowed_books
def get_max_books(self) -> int:
"""
获取会员最大借阅数量
:return: 最大借阅数量
"""
pass3.3 普通会员类
普通会员继承自 Member 基类，其核心特征是借阅限额固定。我们只需重写 get_max_books() 方法即可实现多态。
class NormalMember(Member):
def get_max_books(self) -> int:
"""
普通会员最多可借3本
:return: 最大借阅数量
"""
return 33.4 VIP会员类
VIP会员在普通会员的基础上增加了“会员等级”属性，其借阅权限与等级挂钩。这体现了继承（复用基础信息）与多态（不同的限额计算逻辑）的结合。
class VipMember(Member):
def __init__(self, member_id, name, password, vip_level = 1):
super().__init__(member_id, name, password)
# 会员等级
self.vip_level = vip_level
def get_max_books(self) -> int:
"""
VIP会员最多可借 6+VIP等级 本 （VIP等级，默认为1）
:return:
"""
return 6 + self.vip_level多态的体现
在后续的图书管理系统中，当我们调用 member.get_max_books() 时：
- 如果
member是NormalMember对象，它会返回 3。 - 如果
member是VipMember对象，它会根据等级动态计算返回值。
系统不需要通过 if-else 判断会员类型，这就是多态带来的代码简洁性与扩展性。
3.5 抽象类 (Abstract Base Class)
抽象类是一种特殊的类，它不能被直接实例化，只能被继承。它的核心作用是制定规范：强制要求所有子类必须实现某些特定的方法，从而保证代码的一致性和可扩展性。
为什么要使用抽象类？
在之前的设计中，Member 基类中的 get_max_books() 方法只是一个占位符。如果在编写子类（如 NormalMember）时忘记重写这个方法，程序在运行时可能会因为调用了一个没有实际逻辑的方法而出错，或者返回不预期的结果。
通过引入抽象类，我们可以将这种“错误”提前到对象创建阶段就拦截下来。
实现方案
在 Python 中，实现抽象类需要借助 abc 模块（Abstract Base Classes）：
- 让父类继承
ABC。 - 使用
@abstractmethod装饰器标记那些必须由子类实现的方法。
# 导入需要的模块
from abc import ABC, abstractmethod
# 父类继承 ABC 类，标识这是一个抽象类
class Member(ABC):
def __init__(self, member_id, name, password):
# 卡号
self.member_id = member_id
# 姓名
self.name = name
# 密码
self.__password = password
# 借阅书籍列表
self.__borrowed_books = []
def borrow_book(self, book: Book):
"""
借阅书籍
:param book: 要借阅的书籍
:return: 是否成功借阅
"""
if len(self.__borrowed_books) >= self.get_max_books():
print("借阅失败，您的借阅数量已达最大限制！")
return False
if book.borrow_book():
self.__borrowed_books.append(book)
print(f"{self.name} 已成功借阅图书 {book.title}")
return True
else:
print(f"借阅失败，图书 {book.title} 已被借完！")
return False
def return_book(self, book: Book):
"""
归还书籍
:param book: 要归还的图书
:return:
"""
if book in self.__borrowed_books:
self.__borrowed_books.remove(book)
book.return_book()
print(f"{self.name} 已成功还回图书 {book.title}")
else:
print(f"归还失败，您没有借阅图书 {book.title}！")
def get_password(self):
"""
获取密码
:return: 密码
"""
return self.__password
def get_borrowed_books(self):
"""
获取已借阅书籍
:return: 已借阅书籍列表
"""
return self.__borrowed_books
# 使用装饰器标识这是一个抽象方法，要求子类必须实现
@abstractmethod
def get_max_books(self) -> int:
"""
【抽象方法】获取会员最大借阅数量
子类必须实现此方法，否则无法实例化
"""
pass
# 尝试定义一个未实现抽象方法的子类
class NormalMember(Member):
pass
if __name__ == '__main__':
m = NormalMember(1, "张三", "123456")运行结果:
由于 NormalMember 没有实现 get_max_books，Python 解释器会直接抛出 TypeError，阻止对象的创建。
Traceback (most recent call last):
File "D:\Codes\PycharmProjects\py_project01\第六章\07.图书管理系统.py", line 128, in <module>
m = NormalMember(1, "张三", "123456")
~~~~~~~~~~~~^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
TypeError: Can't instantiate abstract class NormalMember without an implementation for abstract method 'get_max_books'3.6 图书管理系统
3.6.1 初始化
系统启动时，需要从 JSON 文件中读取图书和会员信息，并根据卡号前缀（N 或 V）自动实例化为对应的会员对象（多态的体现）。
class LibrarySystem:
def __init__(self):
# 书籍列表
self.books = {}
# 会员列表
self.members = {}
# 当前登录会员
self.current_member: Member | None = None
# 加载数据
self.load_books_data()
self.load_members_data()
def load_books_data(self):
"""
加载书籍数据
:return:
"""
with open("data/books.json", "r", encoding="utf-8") as f:
books_data = json.load(f)
for book in books_data:
self.books[book["编号"]] = Book(
book_id=book["编号"],
title=book["标题"],
author=book["作者"],
total_num=book["数量"]
)
print("加载书籍数据成功")
def load_members_data(self):
"""
加载会员数据
:return:
"""
with open("data/members.json", "r", encoding="utf-8") as f:
members_data = json.load(f)
for member in members_data:
if member["卡号"].startswith("N"):
self.members[member["卡号"]] = NormalMember(
member_id=member["卡号"],
name=member["姓名"],
password=member["密码"]
)
elif member["卡号"].startswith("V"):
self.members[member["卡号"]] = VipMember(
member_id=member["卡号"],
name=member["姓名"],
password=member["密码"],
vip_level=member.get("会员等级", 1)
)
print(f"加载会员数据成功")
if __name__ == '__main__':
ls = LibrarySystem()
print(ls.books)
print(ls.members)运行结果:
加载书籍数据成功
加载会员数据成功
{'AI001': <__main__.Book object at 0x000002BE89026BA0>, 'AI002': <__main__.Book object at 0x000002BE88FAB9D0>, 'AI003': <__main__.Book object at 0x000002BE88FA8F50>, 'AI004': <__main__.Book object at 0x000002BE88E3A2C0>, 'AI005': <__main__.Book object at 0x000002BE8900D350>, 'AI006': <__main__.Book object at 0x000002BE8919EC30>, 'AI007': <__main__.Book object at 0x000002BE89149F20>, 'AI008': <__main__.Book object at 0x000002BE8914A030>, 'AI009': <__main__.Book object at 0x000002BE89156050>, 'AI010': <__main__.Book object at 0x000002BE89155F50>}
{'V001': <__main__.VipMember object at 0x000002BE89026CF0>, 'V002': <__main__.VipMember object at 0x000002BE88FABC50>, 'V003': <__main__.VipMember object at 0x000002BE88FABD90>, 'V004': <__main__.VipMember object at 0x000002BE8900DA70>, 'V005': <__main__.VipMember object at 0x000002BE8900D6E0>, 'N001': <__main__.NormalMember object at 0x000002BE89026E40>, 'N002': <__main__.NormalMember object at 0x000002BE88FABED0>, 'N003': <__main__.NormalMember object at 0x000002BE891B8050>, 'N004': <__main__.NormalMember object at 0x000002BE8900E060>, 'N005': <__main__.NormalMember object at 0x000002BE8900E190>}3.6.2 用户登录
登录功能通过循环验证卡号和密码，成功后将当前会员对象赋值给 self.current_member。
def login(self):
while True:
print("【登录】")
member_id = input("请输入会员卡号：")
password = input("请输入会员密码：")
if member_id not in self.members:
print("登录失败,会员卡号不存在!")
continue
member = self.members[member_id]
if member.get_password() == password:
self.current_member = member
print(f"登录成功， 欢迎您 {member.name}！")
return True
else:
print("登录失败，密码错误！")
continue3.6.3 主运行流程
def run(self):
if self.login():
while True:
print("\n1.借阅图书")
print("2.归还图书")
print("3.查看借阅")
print("4.退出系统")
choice = input("请选择操作（1-4）：")
match choice:
case "1":
self.borrow_book()
case "2":
self.return_book()
case "3":
self.show_borrowed_books()
case "4":
print("退出系统")
break
case _:
print("无效的选项，请重新选择！")3.6.4 业务功能实现
def borrow_book(self):
"""
借阅图书
:return:
"""
# 展示出当前图书馆的图书列表
for book in self.books:
print(f"编号: {book.book_id}, 标题: {book.title}, 作者: {book.author}, 总数: {book.total_num}, 可用: {book.get_available_num()}")
# 获取用户输入的图书编号，执行借书操作
book_id = input("请输入要借阅的图书编号：")
if book_id not in self.books:
print("借阅失败，图书编号不存在！")
return
self.current_member.borrow_book(self.books[book_id])
def return_book(self):
"""
归还图书
:return:
"""
# 展示出当前借阅的图书列表
print("【已经借阅的图书列表】")
for borrowed_book in self.current_member.get_borrowed_books():
print(f"编号: {borrowed_book.book_id}, 标题: {borrowed_book.title}, 作者: {borrowed_book.author}")
# 获取用户输入的图书编号，执行还书操作
book_id = input("请输入要归还的图书编号：")
if book_id not in self.books:
print("归还失败，图书编号不存在！")
return
self.current_member.return_book(self.books[book_id])
def show_borrowed_books(self):
"""
查看已经借阅的图书列表
:return:
"""
borrowed_books = self.current_member.get_borrowed_books()
if len(borrowed_books) > 0:
print("【已经借阅的图书列表】")
for borrowed_book in borrowed_books:
print(f"编号: {borrowed_book.book_id}, 标题: {borrowed_book.title}, 作者: {borrowed_book.author}")
else:
print("没有已经借阅的图书！")4.启动入口
if __name__ == '__main__':
system = LibrarySystem()
system.run()5. 完整代码
from abc import ABC, abstractmethod
import json
class Book:
def __init__(self, book_id, title, author, total_num):
# 书籍编号
self.book_id = book_id
# 标题
self.title = title
# 作者
self.author = author
# 总数
self.total_num = total_num
# 可用数量
self.__available_num = total_num
def borrow_book(self):
"""
如果可用数量大于0，则将可用数量减1
:return: 是否成功借阅
"""
if self.__available_num > 0:
self.__available_num -= 1
return True
return False
def return_book(self):
"""
还书
:return:
"""
self.__available_num += 1
def get_available_num(self):
"""
获取可用数量
:return:
"""
return self.__available_num
# 抽象类是一种只能被继承，不能被直接实例化，作用就是规定子类必须要实现哪些方法，强制子类必须遵守统一的代码规范
# Python中的抽象类，需要继承 abc 模块中的 ABC 类 ---> ABC：Abstract Base Class
class Member(ABC):
def __init__(self, member_id, name, password):
# 卡号
self.member_id = member_id
# 姓名
self.name = name
# 密码
self.__password = password
# 借阅书籍列表
self.__borrowed_books = []
def borrow_book(self, book: Book):
"""
借阅书籍
:param book: 要借阅的书籍
:return: 是否成功借阅
"""
if len(self.__borrowed_books) >= self.get_max_books():
print("借阅失败，您的借阅数量已达最大限制！")
return False
if book.borrow_book():
self.__borrowed_books.append(book)
print(f"{self.name} 已成功借阅图书 {book.title}")
return True
else:
print(f"借阅失败，图书 {book.title} 已被借完！")
return False
def return_book(self, book: Book):
"""
归还书籍
:param book: 要归还的图书
:return:
"""
if book in self.__borrowed_books:
self.__borrowed_books.remove(book)
book.return_book()
print(f"{self.name} 已成功还回图书 {book.title}")
else:
print(f"归还失败，您没有借阅图书 {book.title}！")
def get_password(self):
"""
获取密码
:return: 密码
"""
return self.__password
def get_borrowed_books(self):
"""
获取已借阅书籍
:return: 已借阅书籍列表
"""
return self.__borrowed_books
@abstractmethod
def get_max_books(self) -> int:
"""
获取会员最大借阅数量
:return: 最大借阅数量
"""
pass
class NormalMember(Member):
def get_max_books(self) -> int:
"""
普通会员最多可借3本
:return: 最大借阅数量
"""
return 3
class VipMember(Member):
def __init__(self, member_id, name, password, vip_level=1):
super().__init__(member_id, name, password)
# 会员等级
self.vip_level = vip_level
def get_max_books(self) -> int:
"""
VIP会员最多可借 6+VIP等级 本 （VIP等级，默认为1）
:return:
"""
return 6 + self.vip_level
class LibrarySystem:
def __init__(self):
# 书籍列表
self.books = {}
# 会员列表
self.members = {}
# 当前登录会员
self.current_member: Member | None = None
# 加载数据
self.load_books_data()
self.load_members_data()
def load_books_data(self):
"""
加载书籍数据
:return:
"""
with open("data/books.json", "r", encoding="utf-8") as f:
books_data = json.load(f)
for book in books_data:
self.books[book["编号"]] = Book(
book_id=book["编号"],
title=book["标题"],
author=book["作者"],
total_num=book["数量"]
)
print("加载书籍数据成功")
def load_members_data(self):
"""
加载会员数据
:return:
"""
with open("data/members.json", "r", encoding="utf-8") as f:
members_data = json.load(f)
for member in members_data:
if member["卡号"].startswith("N"):
self.members[member["卡号"]] = NormalMember(
member_id=member["卡号"],
name=member["姓名"],
password=member["密码"]
)
elif member["卡号"].startswith("V"):
self.members[member["卡号"]] = VipMember(
member_id=member["卡号"],
name=member["姓名"],
password=member["密码"],
vip_level=member.get("会员等级", 1)
)
print(f"加载会员数据成功")
def login(self):
while True:
print("【登录】")
member_id = input("请输入会员卡号：")
password = input("请输入会员密码：")
if member_id not in self.members:
print("登录失败,会员卡号不存在!")
continue
member = self.members[member_id]
if member.get_password() == password:
self.current_member = member
print(f"登录成功， 欢迎您 {member.name}！")
return True
else:
print("登录失败，密码错误！")
continue
def run(self):
if self.login():
while True:
print("\n1.借阅图书")
print("2.归还图书")
print("3.查看借阅")
print("4.退出系统")
choice = input("请选择操作（1-4）：")
match choice:
case "1":
self.borrow_book()
case "2":
self.return_book()
case "3":
self.show_borrowed_books()
case "4":
print("退出系统")
break
case _:
print("无效的选项，请重新选择！")
def borrow_book(self):
"""
借阅图书
:return:
"""
# 展示出当前图书馆的图书列表
print("【图书列表】")
for book in self.books.values():
print(f"编号: {book.book_id}, 标题: {book.title}, 作者: {book.author}, 总数: {book.total_num}, 可用: {book.get_available_num()}")
# 获取用户输入的图书编号，执行借书操作
book_id = input("请输入要借阅的图书编号：")
if book_id not in self.books:
print("借阅失败，图书编号不存在！")
return
self.current_member.borrow_book(self.books[book_id])
def return_book(self):
"""
归还图书
:return:
"""
# 展示出当前借阅的图书列表
print("【已经借阅的图书列表】")
for borrowed_book in self.current_member.get_borrowed_books():
print(f"编号: {borrowed_book.book_id}, 标题: {borrowed_book.title}, 作者: {borrowed_book.author}")
# 获取用户输入的图书编号，执行还书操作
book_id = input("请输入要归还的图书编号：")
if book_id not in self.books:
print("归还失败，图书编号不存在！")
return
self.current_member.return_book(self.books[book_id])
def show_borrowed_books(self):
"""
查看已经借阅的图书列表
:return:
"""
borrowed_books = self.current_member.get_borrowed_books()
if len(borrowed_books) > 0:
print("【已经借阅的图书列表】")
for borrowed_book in borrowed_books:
print(f"编号: {borrowed_book.book_id}, 标题: {borrowed_book.title}, 作者: {borrowed_book.author}")
else:
print("没有已经借阅的图书！")
if __name__ == '__main__':
ls = LibrarySystem()
ls.run()