快乐学Python，Python基础之组织代码「类与对象」

我爱娃哈哈2024-01-09 10:29

在上一篇文章中，我们了解了函数。这一篇文章我们来了解一下Python中另外一个重要的概念：类与对象。

1、类与对象

（1）类与对象有什么关系？

你可能会奇怪，为什么要叫类与对象呢？是两个不同的东西吗？简单来说，类代表一个类别，而对象则代表类的一个实例。比如我们在变量与数据类型中学习的整型变量为例。

bash 复制代码 
a = 3

print(type(a))

输出结果为：

arduino 复制代码 
<class 'int'>

我们创建了一个变量 a，并赋值为 3，然后打印了它的类型。可以看到，输出 int，代表整型变量。 细心的你也发现了，输出里面有一个单词 class，它就是类别的意思。难道说？所谓的整型，是一个类？你猜得没错。这里的整型：int，就是一个类。而我们创建的整型变量 a，就是他的一个实例。

我们再举一些生活中的例子：

  • "人"是一个类，小明则是"人"这个类的一个实例，所以小明是一个对象；
  • "打车公司"是一个类，滴滴则是这个类的一个实例对象（也可以隐藏 实例 这个称呼）；
  • "酱油"是一个类，海天酱油 则是一个对象；
  • "车"是一个类，奔驰车则是一个对象。

细心的你不难发现，类与对象本质上是抽象与具象的关系，对象在类的基础上进行了适当的具象。所以在某个抽象关系中的对象也可能会成为另一个抽象关系中的类。比如上面奔驰车是车的一个对象，那同样可能存在，奔驰车是一个类，而 S350L 是一个对象。

（2）Python 中的类

理解了类与对象，现在我们来看一下 Python 中的类，我们在开头的例子中提到，类是用来把有联系的数据和函数给组织起来的一种方式。

在类中，数据被称为属性，而函数则被称为方法。每个类都可以有零个或者多个属性，也可以有零个或者多个方法。

类的属性和方法的概念也很适合用来描述现实世界，比如"人"这个类，身高、体重、年龄等就是属性，而走路、吃饭、打球 等动作就是方法。

接下来，我们通过一个例子来演示怎么定义类，怎么使用类。

（3）定义一个"人"的类

现在我们尝试定义一个人的类。需要有年龄、性别、姓名三个属性，并提供两个方法：introduce 方法，打印一句介绍自己的话。get_age 方法，返回当前对象的 age。

python 复制代码 
# 类的定义环节

class Person:

    def __init__(self):

        self.name = ""

        self.age = 0

        self.gender = ""



    def introduce(self):

        print("Hello, 我是" + self.name)

        print("我今年 " + str(self.age) + " 岁")

        print("另外, 我是" + self.gender)



    def get_age(self):

        return self.age

# 使用上面定义的类

xm = Person()

xm.name = "小明"

xm.age = "25"

xm.gender = "男生"

print(xm.get_age())

xm.introduce()

简单说一下上面的代码的主要逻辑：

  • 在定义环节：

    • 定义了一个类：Person（类名首字母用大写），并用 init 函数中初始化了三个属性：name，age，gender。（init 函数，前后都有两个下划线，代表初始化函数。简单来说就是，当我们创建这个类的对象的时候，这个函数会被自动执行，不用你再手动执行一下）
    • 定义了 introduce 方法，会把几个属性的值组合成一段自我介绍，这里我们通过方法参数 self.属性名 的形式来拿到类的属性的值。这种形式叫作点语法。 点语法的本质就是找点前面的对象拿点后面的属性的值。比如 A.B 代表 A对象的B属性的值。
    • 定义了 get_age 方法，把当前对象的 age 对象的值返回。可以看到，无论是 introduce 方法 还是 get_age 方法，都有一个 self 参数。这是 Python 的语法规定，类的方法的第一个参数都必须是 self。这样方法内部就能通过对 self 使用点语法来获取属性的值。

  • 使用环节

    • 注意从我们使用的类的代码开始，我们这里就没有缩进。因为有缩进就会被认为还是在类的内部，但这里的代码是在外部的，所以不用缩进；
    • 我们创建了一个 Person 对象，存在变量 xm 中，之后逐一给它的属性赋值
    • 打印 xm 对象的 get_age 方法返回的值
    • 调用 xm 对象的 introduce

运行后，输出如下所示：

25

Hello, 我是小明

我今年 25 岁

另外, 我是男生

可以看到，通过类的机制，我们成功地把数据和函数绑定在了一起。比如上面例子的数据：name、age、gender 和函数：get_age、introduce。并且类提供了一种机制（self 参数），能够让类的方法可以访问类的属性。

（4）给属性赋值

回看刚刚的例子，我们创建了 Person 类的对象之后，逐一对他的属性赋值，每一次属性赋值都需要针对 xm 对象使用点语法，比较麻烦，有没有更好的方式呢？ 答案是肯定的。 我们稍微改造一下刚才的例子，改造后的代码如下所示：

python 复制代码 
class Person:

    def __init__(self, name, age, gender):

        self.name = name

        self.age = age

        self.gender = gender



    def introduce(self):

        print("Hello, 我是" + self.name)

        print("我今年 " + str(self.age) + " 岁")

        print("另外, 我是" + self.gender)



    def get_age(self):

        return self.age

xm = Person("小明", 25, "男生")

print(xm.get_age())

xm.introduce()

执行之后，输出和刚才是一致的：

25

Hello, 我是小明

我今年 25 岁

另外, 我是男生

不同在哪儿呢？是这里。

现在我们不需要进行逐个属性的赋值，而是在构造对象的阶段就完成了几个属性的初始化。

这其中的奥妙就在 init 方法里，我们给 init 函数加了参数，然后用这些参数直接在 __init__的函数体中给我们的属性赋值。这样直接在创建对象的时候，把对应的值依次放在类名后的括号中，用逗号分隔。就能实现一次性地给属性都赋值，精简了代码。

2、常见的系统类

类和函数一样，类同样也有 Python 的开发者们提前写好提供给我们使用的类，一般称为系统类。上面举的例子都是我们自己实现的类，下面来看一下常用的系统类。

（1）列表（list）

列表相信大家都不陌生，在变量与数据类型文章中已经介绍过，它是 Python 非常常用的数据类型。

这里介绍一下列表的基础使用，代码如下：

python 复制代码 
# 创建列表

a = [90,1,23, 15]

# 访问某个元素(下表从 0 开始)

print("Third number is ",a[2])

# 使用 append 方法添加元素

a.append(-1)

print("After append: ", a)

# 删除某个位置的元素

del a[1]

print("After delete second number: ", a)

# 删除具体某个元素

a.remove(15)

print("After delete 15：", a)

# 排序,默认从小到大

a.sort()

print("After sort", a)

# 逆排序，从大到小

a.sort(reverse = True)

print("After reverse sort", a)

# 求长度

print("Length: ", len(a))

上面主要方法都有注释，这里不再展开，你可以结合以下输出和代码，加深理解。重要的是你要知道，如果之后让你做某个事（删除、排序等），你能直接使用 list 类对应的方法。而不需要自己写循环完成。

ini 复制代码 
Third number is  23

After append:  [90, 1, 23, 15, -1]

After delete second number:  [90, 23, 15, -1]

After delete 15： [90, 23, -1]

After sort [-1, 23, 90]

After reverse sort [90, 23, -1]

Length:  3

（2）字符串（string）

字符串我们用的也是非常多的，在之前也介绍过一些基础用法，比如用 + 号来连接两个字符串，这里我们再介绍额外的一些用法。

swift 复制代码 
a = "Hello,this is my home,welcome"

# 添加字符

a = a + ",pp"

print("\nAfter append pp:\n", a)

# 删除前 x 个字符，比如 3

a = a[3:]

print("\nAfter remove first 3 characters:\n", a)

# 删除固定内容的字符

a = a.replace("my","")

print("\nAfter remove 'my':\n", a)

# 替换固定内容成另外一个字符串

a = a.replace("home", "company")

print("\nAfter replace 'home' to 'company':\n",a)

# 用某个字符分割字符串，返回一个数组，比如逗号

str_list = a.split(",")

print("\nList split from string by comma:\n", str_list)

输出：

csharp 复制代码 
After append pp:

 Hello,this is my home,welcome,pp

After remove first 3 characters:

 lo,this is my home,welcome,pp

After remove 'my':

 lo,this is  home,welcome,pp

After replace 'home' to 'company':

 lo,this is  company,welcome,pp

List split from string by comma:

 ['lo', 'this is  company', 'welcome', 'pp']

3、字典（dict）

字典和列表、字符串一样，也是 Python 中相对常用的数据类型，同样也是系统类。因为复杂一些，所以在变量与数据类型文章中没有介绍。

字典和列表类似，也是存储多个变量的容器。但与列表不同的是，字典存储的不仅仅只有变量，还有变量之间的映射关系。

我们举个例子，假设我们要存储班级里三位同学的年龄，可以用列表来完成，比如 a = [17, 18, 15], 但如果我们不仅要存储年龄，还得存储这三位同学的名字。那用列表就无能为力了。

简单来说，我们希望存储一个名字-年龄的映射关系。在这个例子上就是要存储这种形式的数据：小明：17，小红：18，小江：15。在 Python 中，这种有对应关系的两个变量我们称之为键值对。比如小明就是 键(key)，而 17 就是值（value），一个键会唯一对应到一个值。

这里我们希望存储的就是三个键值对。而字典，就是专门用来存储键值对的容器。

python 复制代码 
# 创建一个空字典，用 花括号 {}

d = {}

print("Empty dict:", d)

# 用键值对创建字典，键和值中间用冒号隔开，不同的键值对用逗号隔开

d = {"xiaoming" : 3.5 , "xiaohong": 4}

print("Two key-value pair dict:", d)

# 访问字典的元素，和列表一样用中括号，但传入 key，查询 value。比如查询 xiaoming 的年龄

print("Xiaoming's company age:", d["xiaoming"])

# 添加新的键值对，直接对 key 对应的 value 赋值即可

d["xiaogang"] = 5.5

print("After append xiaogang:", d)

# 删除键值对，类似列表删除，只是中括号内写 key，而不是序号

del d["xiaohong"]

print("After remove xiaohong:", d)

# 修改键值对，同添加一样，直接对某个已有的 key 重新赋值即可

d["xiaoming"] = 9.3

print("After change xiaoming's value:", d)

输出：

css 复制代码 
Empty dict: {}

Two key-value pair dict: {'xiaoming': 3.5, 'xiaohong': 4}

Xiaoming's company age: 3.5

After append xiaogang: {'xiaoming': 3.5, 'xiaohong': 4, 'xiaogang': 5.5}

After remove xiaohong: {'xiaoming': 3.5, 'xiaogang': 5.5}

After change xiaoming's value: {'xiaoming': 9.3, 'xiaogang': 5.5}

3、实战

现在有个任务，记录部门信息，每个部门都需要统计部门名称，员工列表，部门主管等信息。另外，还有两个要求：1、部门员工入职和离职都能方便的更新信息；2、可以方便查看某个部门的汇总信息。

问题分析：

  • 目前我们需要记录的信息都是围绕部门这个实体的，所以我们可以用一个部门的类来记录，部门名称、员工列表和部门主管则都是这个类的属性。
  • 另外的要求是有人员变动的时候方便更新信息，那其实就是部门类需要提供增加人员和减少人员的方法。
  • 最后一个要求是方便查看部门汇总，那其实就是需要一个打印方法，来把部门的属性都打印出来。

我们接下来一步步来实现它。

（1）创建部门类

我们首先创建部门类和它的属性，部门名称和主管姓名，是字符串类型的变量，这两个属性我们通过初始化函数的参数来初始化。而员工列表是一个列表类型，我们先把它初始化成一个空列表。

ruby 复制代码 
class Department:

    def __init__(self, dep_name, boss_name):

        self.dep_name = dep_name

        self.boss_name = boss_name

        self.stuff_list = []

（2）实现员工的新增方法

目前员工列表，也就是 stuff_list 属性还是空列表，为了实现往这个列表增加员工的名字，我们需要在部门类增加一个添加员工的方法，我们就命名为 add_stuff。这个方法除了类方法必须带的 self 参数之外，只有一个参数：要添加的员工的姓名。

然后方法里面只需要把这个姓名添加到 stuff_list 即可，添加数据到列表，只需要调用列表对象的 append 方法即可。

ruby 复制代码 
class Department:

    def __init__(self,dep_name, boss_name):

        self.dep_name = dep_name

        self.boss_name = boss_name

        self.stuff_list = []

    # 新增代码

    def add_stuff(self, name):

        self.stuff_list.append(name)

（3）实现删除员工的方法

部门会新增员工，比如员工入职，或者调入。也可能会减少员工，比如员工离职，比如转岗去其他部门，所以我们同样需要一个删除员工的方法。

类似添加员工的设计，删除员工的方法同样需要员工姓名的参数，在方法内部调用 stuff_list 对象的 remove 方法来将员工从列表中移除。

ruby 复制代码 
class Department:

    def __init__(self,dep_name, boss_name):

        self.dep_name = dep_name

        self.boss_name = boss_name

        self.stuff_list = []

    def add_stuff(self, name):

        self.stuff_list.append(name)



    # 新增代码

    def remove_stuff(self, name):

        self.stuff_list.remove(name)

（4）添加打印部门信息的方法

打印部门信息，就是将部门的三个属性直接打印出来，比较简单，这里我们直接实现：

python 复制代码 
class Department:

    def __init__(self,dep_name, boss_name):

        self.dep_name = dep_name

        self.boss_name = boss_name

        self.stuff_list = []

    def add_stuff(self, name):

        self.stuff_list.append(name)



    def remove_stuff(self, name):

        self.stuff_list.remove(name)



     # 打印部门信息
    def print_dep_info(self):
        print("部门名称：",self.dep_name);
        print("主管名称：",self.boss_name);
        #这里使用上一篇文章中说到的len()函数来计算部门人数
        print("员工共个:",len(self.stuff_list));
        print("分别是：",self.stuff_list);

（5）使用部门类

现在，我们的部门类已经开发完毕了，现在让我们来用一用它，看看它是不是好使。

首先是记录部门信息，假设现在先记录2个部门：技术部和财务部。首先要分别创建两个部门的对象：

ini 复制代码 
#创建技术部和财务部
it_dep = Department("技术部","小江");
finance_dep = Department("财务部","小红");

#给技术部添加两个员工
it_dep.add_stuff("小江1");
it_dep.add_stuff("小江2");

#给财务添加两个员工
finance_dep.add_stuff("小红1");
finance_dep.add_stuff("小红2");
#打印技术部和财务部信息
it_dep.print_dep_info();
finance_dep.print_dep_info();

执行后输出：

less 复制代码 
部门名称： 技术部
主管名称： 小江
员工共个: 2
分别是： ['小江1', '小江2']
部门名称： 财务部
主管名称： 小红
员工共个: 2
分别是： ['小红1', '小红2']

最后，当有人需要离职时，只需要调用 remove_stuff 方法即可，假设 技术部的小江2决定去创业，要离职，我们需要将他从部门列表中移除。

scss 复制代码 
it_dep.remove_stuff("小江2")

it_dep.print_dep_info()

输出

css 复制代码 
部门： 技术部

主管： 小江

员工共个：1

员工： ['小江1']

可以看到，小江2已经不在员工列表中了。

至此，我们通过类与对象的方法，完成了部门信息统计的任务，并且可以非常方便地处理员工增加和减少的场景。

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