Python面向对象编程

文章目录

• 一、类和实例
• • [1. 创建实例](#1. 创建实例)
  • [2. 数据封装](#2. 数据封装)
  • 枚举类
  • 元类metaclass
• 二、访问限制
• 三、继承和多态
• • [1. 定义](#1. 定义)
  • [2. "开闭"原则：](#2. “开闭”原则：)
  • [3. 静态语言 vs 动态语言](#3. 静态语言 vs 动态语言)
  • [4. 多重继承](#4. 多重继承)
• 四、获取对象信息
• • [1. 使用type()](#1. 使用type())
  • [2. 使用isinstance()](#2. 使用isinstance())
  • [3. 使用dir()](#3. 使用dir())
• 五、实例属性和类属性
• 六、使用__slots__
• 七、@property
• 八、定制类

一、类和实例

类（Class）是抽象的模板

实例是根据类创建出来的一个个具体的"对象"，每个对象都拥有相同的方法，但各自的数据可能不同。

1. 创建实例

由于类可以起到模板的作用，因此，可以在创建实例的时候，把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法，在创建实例的时候，就把name，score等属性绑上去：

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

2. 数据封装

直接在Student类的内部定义访问数据的函数，这样，就把"数据"给封装起来了。

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))

枚举类

from enum import Enum

Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'))

@unique装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。

元类metaclass

当我们定义了类以后，就可以根据这个类创建出实例，所以：先定义类，然后创建实例。

如果我们想创建出类呢？那就必须根据metaclass创建出类，所以：先定义metaclass，然后创建类。

二、访问限制

如果要让内部属性不被外部访问，可以把属性的名称前加上两个下划线__，在Python中，实例的变量名如果以__开头，就变成了一个私有变量（private），只有内部可以访问，外部不能访问

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

注意：在Python中，变量名类似__xxx__的，也就是以双下划线开头，并且以双下划线结尾的，是特殊变量，特殊变量是可以直接访问的，不是private变量

三、继承和多态

1. 定义

当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的class继承，新的class称为子类（Subclass），而被继承的class称为基类、父类或超类（Base class、Super class）。

当子类和父类都存在相同的run()方法时，我们说，子类的run()覆盖了父类的run()，在代码运行的时候，总是会调用子类的run()。这样，就是：多态。

2. "开闭"原则：

• 对扩展开放：允许新增Animal子类；
• 对修改封闭：不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。

3. 静态语言 vs 动态语言

对于静态语言（例如Java）来说，如果需要传入Animal类型，则传入的对象必须是Animal类型或者它的子类，否则，将无法调用run()方法。

对于Python这样的动态语言来说，则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了

4. 多重继承

通过多重继承，一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。

class Bat(Mammal, Flyable):
    pass
class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):
    pass

四、获取对象信息

1. 使用type()

基本类型都可以用type()判断：

>>> type(123)
<class 'int'>
>>> type('str')
<class 'str'>
>>> type(None)
<type(None) 'NoneType'>

如果一个变量指向函数或者类，也可以用type()判断

>>> type(abs)
<class 'builtin_function_or_method'>
>>> type(a)
<class '__main__.Animal'>

2. 使用isinstance()

>>> a = Animal()
>>> d = Dog()
>>> h = Husky()
>>>> isinstance(h, Husky)
True
>>> isinstance(h, Dog)
True

并且还可以判断一个变量是否是某些类型中的一种，比如下面的代码就可以判断是否是list或者tuple：

>>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
True
>>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
True

3. 使用dir()

如果要获得一个对象的所有属性和方法，可以使用dir()函数，它返回一个包含字符串的list

>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

五、实例属性和类属性

给实例绑定属性的方法是通过实例变量，或者通过self变量

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

s = Student('Bob')
s.score = 90

直接在class中定义属性，这种属性是类属性，归Student类所有

class Student(object):
    name = 'Student'

当我们定义了一个类属性后，这个属性虽然归类所有，但类的所有实例都可以访问到。

六、使用__slots__

当我们定义了一个class，创建了一个class的实例后，我们可以给该实例绑定任何属性和方法，这就是动态语言的灵活性。

但是，给一个实例绑定的方法，对另一个实例是不起作用的。

>>> s = Student()
>>> s.name = 'Michael' # 动态给实例绑定一个属性
>>> print(s.name)
Michael
>>> def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法
...     self.age = age
...
>>> from types import MethodType
>>> s.set_age = MethodType(set_age, s) # 给实例绑定一个方法
>>> s.set_age(25) # 调用实例方法
>>> s.age # 测试结果
25

>>> s2 = Student() # 创建新的实例
>>> s2.set_age(25) # 尝试调用方法
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'set_age'

为了给所有实例都绑定方法，可以给class绑定方法：

>>> def set_score(self, score):
...     self.score = score
...
>>> Student.set_score = set_score

给class绑定方法后，所有实例均可调用：

>>> s.set_score(100)
>>> s.score
100
>>> s2.set_score(99)
>>> s2.score
99

为了达到限制的目的，Python允许在定义class的时候，定义一个特殊的__slots__变量，来限制该class实例能添加的属性：

class Student(object):
    __slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称
    
>>> s = Student() # 创建新的实例
>>> s.name = 'Michael' # 绑定属性'name'
>>> s.age = 25 # 绑定属性'age'
>>> s.score = 99 # 绑定属性'score'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

七、@property

@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的：

class Student(object):

    @property
    def score(self):
        return self._score

    @score.setter
    def score(self, value):
        if not isinstance(value, int):
            raise ValueError('score must be an integer!')
        if value < 0 or value > 100:
            raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
        self._score = value

八、定制类

__len__()方法：是为了能让class作用于len()函数。
__str__：返回一个描述的字符串

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...     def __str__(self):
...         return 'Student object (name: %s)' % self.name
...
>>> print(Student('Michael'))
Student object (name: Michael)

__iter__：返回一个迭代对象，然后，Python的for循环就会不断调用该迭代对象的__next__()方法拿到循环的下一个值，直到遇到StopIteration错误时退出循环。

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a，b

    def __iter__(self):
        return self # 实例本身就是迭代对象，故返回自己

    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
        if self.a > 100000: # 退出循环的条件
            raise StopIteration()
        return self.a # 返回下一个值
>>> for n in Fib():
...     print(n)
...
1
1
2
3
5
...
46368
75025

__getitem__：要表现得像list那样按照下标取出元素

class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        a, b = 1, 1
        for x in range(n):
            a, b = b, a + b
        return a
        
>>> f = Fib()
>>> f[0]
1
>>> f[1]
1

__getattr__：动态返回一个属性

class Student(object):

    def __init__(self):
        self.name = 'Michael'

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='score':
            return 99

__call__：任何类，只需要定义一个__call__()方法，就可以直接对实例进行调用。

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __call__(self):
        print('My name is %s.' % self.name)
>>> s = Student('Michael')
>>> s() # self参数不要传入
My name is Michael.