10-python程序员，面向对象基础

超、凢脫俗 2022-12-06 04:09 110阅读 0赞

[《python小白入门系列教程》][python]

有对象吗？  
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`没有就new 一个`

今天我们要用python new 一个对象

# 面向过程VS面向对象 #

### 1）面向过程 ###

核心是过程（流水线式思维），过程即解决问题的步骤，面向过程的设计就好比精心设计好一条流水线，考虑周全什么时候处理什么东西。

\*\*优点是：\*\*极大的降低了写程序的复杂度，只需要顺着要执行的步骤，堆叠代码即可。

\*\*缺点是：\*\*一套流水线或者流程就是用来解决一个问题，代码牵一发而动全身。

\*\*应用场景：\*\*一旦完成基本很少改变的场景，著名的例子有Linux內核，git，以及Apache HTTP Server等。

### 2）面向对象 ###

核心是对象（上帝式思维），要理解对象为何物，必须把自己当成上帝，上帝眼里世间存在的万物皆为对象，不存在的也可以创造出来。

面向对象的程序设计好比如来设计西游记，如来要解决的问题是把经书传给东土大唐，如来想了想解决这个问题需要四个人：唐僧，沙和尚，猪八戒，孙悟空，每个人都有各自的特征和技能（这就是对象的概念，特征和技能分别对应对象的属性和方法）

然而这并不好玩，于是如来又安排了一群妖魔鬼怪，为了防止师徒四人在取经路上被搞死，又安排了一群神仙保驾护航，这些都是对象。然后取经开始，师徒四人与妖魔鬼怪神仙互相缠斗着直到最后取得真经。如来根本不会管师徒四人按照什么流程去取。

\*\*优点是：解决了程序的扩展性。\*\*对某一个对象单独修改，会立刻反映到整个体系中，如对游戏中一个人物参数的特征和技能修改都很容易。

\*\*缺点：可控性差，\*\*无法向面向过程的程序设计流水线式的可以很精准的预测问题的处理流程与结果，面向对象的程序一旦开始就由对象之间的交互解决问题，即便是上帝也无法预测最终结果。于是我们经常看到一个游戏人某一参数的修改极有可能导致阴霸的技能出现，一刀砍死3个人，这个游戏就失去平衡。

\*\*应用场景：\*\*需求经常变化的软件，一般需求的变化都集中在用户层，互联网应用，企业内部软件，游戏等都是面向对象的程序设计大显身手的好地方。

# 相关名词概念 #

**类**：具有相同特征的一类事物(人、狗、老虎,机器人)

**对象／实例**：具体的某一个事物（隔壁阿花、楼下旺财）

**实例化**：类——>对象的过程

开始一本正经的写教程

类与对象是面向对象编程的两个主要方面。一个`类（Class）`能够创建一种新的`类型 （Type）`，其中`对象（Object）`就是`类的实例（Instance）`。可以这样来类比：你可以拥有 类型 `int`的变量，也就是说存储整数的变量是 int 类的实例（对象）。

对象可以使用属于它的普通变量来存储数据。这种从属于对象或类的变量叫作字段 （Field）。对象还可以使用属于类的函数来实现某些功能，这种函数叫作类的方法 （Method）。这两个术语很重要，它有助于我们区分函数与变量，哪些是独立的，哪些又是 属于类或对象的。总之，字段与方法通称类的属性（Attribute）

**字段有两种类型——它们属于某一类的各个实例或对象，或是从属于某一类本身。它们被分 别称作实例变量（Instance Variables`）与类变量（`Class Variables\`）。**

通过 class 关键字可以创建一个类。这个类的字段与方法可以在缩进代码块中予以列出。

# self #

类方法与普通函数只有一种特定的区别——前者必须多加一个参数在参数列表开头，这个名 字必须添加到参数列表的开头，但是你不用在你调用这个功能时为这个参数赋值，**Python 会 为它提供。这种特定的变量引用的是对象本身，按照惯例，它被赋予 `self`这一名称**。

尽管你可以为这一参数赋予任何名称，但是强烈推荐你使用 self 这一名称——其它的任何 一种名称绝对会引人皱眉。使用一个标准名称能带来诸多好处——任何一位你的程序的读者 能够立即认出它，甚至是专门的 `IDE`（Integrated Development Environments，集成开发环 境）也可以为你提供帮助，只要你使用了 self 这一名称。

> 针对 C++/Java/C\# 程序员的提示 Python 中的 self 相当于 C++ 中的 this 指针以及 Java 与 C\# 中的 this 引用。

你一定会在想 Python 是如何给 self 赋值的，以及为什么你不必给它一个值。一个例子或许 会让这些疑问得到解答。假设你有一个 MyClass 的类，这个类下有一个实例 myobject 。当 你调用一个这个对象的方法，如`myobject.method(arg1, arg2)` 时，Python 将会自动将其转 换成 `MyClass.method(myobject, arg1, arg2)` ——这就是 self 的全部特殊之处所在。

这同时意味着，如果你有一个没有参数的方法，你依旧必须拥有一个参数—— self 。

# 类 #

最简单的类（`Class`）可以通过下面的案例来展示（保存为 oop\_simplestclass.py ）：

class Person
        : pass # 一个空的代码块 
    
    p = Person() 
    print(p)

输出：

python oop_simplestclass.py 
    <__main__.Person instance at 0x10171f518>
    它是如何工作的

我们通过使用 class 语句与这个类的名称来创建一个新类。在它之后是一个缩进的语句块， 代表这个类的主体。在本案例中，**我们创建的是一个空代码块，使用 pass 语句予以标明。**

然后，我们通过采用类的名称后跟一对括号的方法，给这个类创建一个对象。为了验证我们的操作是否成功，我们通过 直接将它们打印出来来确认变量的类型。结果告诉我们我们在 **Person 类的 `__main__` 模块** 中拥有了一个实例。

要注意到在本例中还会打印出计算机内存中存储你的对象的地址。案例中给出的地址会与你 在你的电脑上所能看见的地址不相同，因为 Python 会在它找到的任何空间来存储对象。

# 方法 #

我们已经在前面讨论过类与对象一如函数那般都可以带有方法（Method），**唯一的不同在于 我们还拥有一个额外的 self 变量**。现在让我们来看看下面的例子（保存为 oop\_method.py ）。

class Person: 
        def say_hi(self): 
            print('Hello, 大家好?') 
    
    p = Person() 
    p.say_hi() 
    # 前面两行同样可以写作 
    # Person().say_hi()

输出：

python oop_method.py 
     Hello, 大家好?
    它是如何工作的

这里我们就能看见 self 是如何行动的了。**要注意到 say\_hi 这一方法不需要参数，但是依 旧在函数定义中拥有 self 变量**。

# \_\_init\_\_ 方法 #

在 Python 的类中，有不少方法的名称具有着特殊的意义。现在我们要了解的就是 \_\_init\_\_ 方法的意义。

\_\_init\_\_ 方法会在类的对象被实例化 时立即运行。这一方法可以对任何你想 进行操作的目标对象进行初始化 操作。这里你要注意在 init 前后加上的双下 划线。

案例（保存为 oop\_init.py ）：

class Person: 
        def __init__(self, name): 
            self.name = name 
        def say_hi(self):
            print('Hello, 我的名字是', self.name) 
            
    p = Person('木木') 
    p.say_hi() 
    # 前面两行同时也能写作 
    # Person('Swaroop').say_hi()

输出：

python oop_init.py 
     Hello, 我的名字是木木
    它是如何工作的

在本例中，我们定义一个接受 name 参数（当然还有 self 参数）的 \_\_init\_\_ 方法。在这 里，我们创建了一个字段，同样称为 name 。要注意到尽管它们的名字都是“name”，但这是 两个不相同的变量。虽说如此，但这并不会造成任何问题\*\*，因为 self.name 中的点号意味着 这个叫作“name”的东西是某个叫作“self”的对象的一部分，\*\*而另一个 name 则是一个局部变 量。由于我们已经如上这般明确指出了我们所指的是哪一个名字，所以它不会引发混乱。

当我们在 Person 类下创建新的实例 p 时，我们采用的方法是先写下类的名称，后跟括在 括号中的参数，形如：`p = Person('木木')` 。

我们不会显式地调用 \_\_init\_\_ 方法。这正是这个方法的特殊之处所在。

现在，我们可以使用我们方法中的 self.name 字段了，使用的方法在 say\_hi 方法中已经作 过说明。

# 类变量与对象变量 #

我们已经讨论过了类与对象的功能部分（即方法），现在让我们来学习它们的数据部分。数 据部分——也就是字段——只不过是绑定到类与对象的命名空间 的普通变量。这就代表着这些名称仅在这些类与对象所存在的上下文中有效。这就是它们被 称作“命名空间”的原因。

\*\*字段（Field）\*\*有两种类型——类变量与对象变量，它们根据究竟是类还是对象拥有这些变量 来进行分类。

\*\*类变量（Class Variable）\*\*是共享的（Shared）——它们可以被属于该类的所有实例访问。该类变量只拥有一个副本，当任何一个对象对类变量作出改变时，发生的变动将在其它所有 实例中都会得到体现

\*\*对象变量（Object variable）\*\*由类的每一个独立的对象或实例所拥有。在这种情况下，每个 对象都拥有属于它自己的字段的副本，也就是说，它们不会被共享，也不会以任何方式与其 它不同实例中的相同名称的字段产生关联。下面一个例子可以帮助你理解（保存为 oop\_objvar.py ）：

# coding=UTF-8 
    class Robot: 
        """表示有一个带有名字的机器人。"""
        # 一个类变量，用来计数机器人的数量 
        population = 0
        def __init__(self, name): 
            """初始化数据""" 
            self.name = name 
            print("初始化 {})".format(self.name)) 
    
            # 当有人被创建时，机器人 
            # 将会增加人口数量 
            Robot.population += 1
        def die(self): 
            """我挂了。""" 
            print("{} 被销毁了!".format(self.name)) 
            
            Robot.population -= 1 
            
            if Robot.population == 0: 
                print("{} 是最后一个机器人".format(self.name)) 
            else:
                print("还有 {:d} 个机器人在工作.".format( Robot.population))
                
        def say_hi(self): 
            """来自机器人的诚挚问候 没问题，你做得到。""" 
            print("大家好，我的主人叫我{}.".format(self.name))
        
        @classmethod 
        def how_many(cls): 
            """打印出当前的机器人，人口数量""" 
            print("现在还有{:d} 个机器人.".format(cls.population))
    
    droid1 = Robot("R2-D2") 
    droid1.say_hi() 
    Robot.how_many()
    
    droid2 = Robot("C-3PO") 
    droid2.say_hi() 
    Robot.how_many()
    
    print("\n机器人正在努力工作.\n")
    
    print("机器人已经完成它的使命我们要销毁它.") 
    droid1.die() 
    droid2.die()
    
    Robot.how_many()

输出

python oop_objvar.py 
    (初始化 R2-D2) 
    大家好，我的主人叫我 R2-D2. 
    还有 1个机器人在工作. 
    
    (初始化 C-3PO) 
    大家好，我的主人叫我 C-3PO. 
    还有  2 个机器人在工作.  
    
    机器人正在努力工作. 
    
    机器人已经完成它的使命我们要销毁它.
    
    R2-D2 被销毁了! 
    还有 1 个机器人在工作.
    C-3PO 被销毁了! 
    C-3PO 是最后一个机器人
    还有0个机器人在工作.

它是如何工作的

这是一个比较长的案例，但是它有助于展现类与对象变量的本质。在本例中， `population` 属 于 Robot 类，**因此它是一个类变量。name 变量属于一个对象（通过使用 self 分配）**，因 此它是一个对象变量。

因此，我们通过 Robot.population 而非 self.population 引用 population 类变量。我们对 于 name 对象变量采用 self.name 标记法加以称呼，这是这个对象中所具有的方法。要记住 这个类变量与对象变量之间的简单区别。同时你还要注意当一个对象变量与一个类变量名称 相同时，类变量将会被隐藏。

除了 Robot.popluation ，我们还可以使用 self.\_\_class\_\_.population ，因为每个对象都通过 self.\_\_class\_\_ 属性来引用它的类。

how\_many 实际上是一个属于类而非属于对象的方法。这就意味着我们可以将它定义为一个 classmethod（类方法） 或是一个 staticmethod（静态方法） ，这取决于我们是否需要知道这一方 法属于哪个类。由于我们已经引用了一个类变量，因此我们使用 classmethod（类方法） 。

**我们使用装饰器（Decorator）将`how_many`方法标记为类方法。**

你可以将装饰器想象为调用一个包装器函数的快捷方式，因此启用

@classmethod 装饰器等价于调用：

> how\_many = classmethod(how\_many)

你会观察到 \_\_init\_\_ 方法会使用一个名字以初始化 Robot 实例。在这一方法中，我们将 population 按 1 往上增长，因为我们多增加了一台机器人。你还会观察到 self.name 的值 是指定给每个对象的，这体现了对象变量的本质。

**你需要记住你只能使用 self 来引用同一对象的变量与方法。这被称作属性引用。**

在本程序中，我们还会看见针对类和方法的 文档字符串（`DocStrings`） 的使用方式。我们可 以在运行时通过 Robot.\_\_doc\_\_ 访问类的 文档字符串，对于方法的文档字符串，则可以使用 Robot.say\_hi.\_\_doc\_\_ 。

**在 die 方法中，我们简单地将 Robot.population 的计数按 1 向下减少。**

所有的类成员都是公开的。但有一个例外：如果你使用数据成员并在其名字中使用双下划线 作为前缀，形成诸如 `__privatevar` 这样的形式，Python 会使用名称调整使其有效地成为一个私有变量。

因此，你需要遵循这样的约定：任何在类或对象之中使用的变量其命名应以下划线开头，其 它所有非此格式的名称都将是公开的，并可以为其它任何类或对象所使用。请记得这只是一 个约定，Python 并不强制如此（除了双下划线前缀这点）。

所有类成员（包括数据成员）都是公开的，并且 Python 中所有的方法都是虚拟的 （Virtual）。

# 继承 #

面向对象编程的一大优点是对代码的重用，重用的一种实现方法就是通过继承 机制。继承最好是想象成在类之间实现类型与子类型

`继承是一种创建新类的方式，在python中，新建的类可以继承一个或多个父类，父类又可称为基类或超类，新建的类称为派生类或子类`

现在假设你希望编写一款程序来追踪一所大学里的老师和学生。有一些特征是他们都具有 的，例如姓名、年龄和地址。另外一些特征是他们独有的，一如教师的薪水、课程与假期， 学生的成绩和学费。

你可以为每一种类型创建两个独立的类，并对它们进行处理。但增添一条共有特征就意味着 将其添加进两个独立的类。这很快就会使程序变得笨重。

**一个更好的方法是创建一个公共类叫作 SchoolMember** ，然后让教师和学生从这个类中继承 ，也就是说他们将成为这一类的子类型，而我们就可以向这些子类型中添 加某些该类独有的特征。

`同时还需要注意的是我们重用父类的代码，但我们不需要再在其它类中重复它们，当我们使 用独立类型时才会必要地重复这些代码。`

在上文设想的情况中， SchoolMember 类会被称作`基类`（Base Class）或是超类 （Superclass）。Teacher 和 Student 类会被称作派生类或是子类 （Subclass）。

我们将通过下面的程序作为案例来进行了解（保存为 oop\_subclass.py ）：

# coding=UTF-8 
    class SchoolMember: 
        '''代表任何学校里的成员。''' 
        def __init__(self, name, age): 
            self.name = name 
            self.age = age 
            print('(初始化学校成员: {})'.format(self.name)) 
            
        def tell(self): 
            '''告诉我有关我的细节。''' 
            print('姓名:"{}" 年龄:"{}"'.format(self.name, self.age), end=" ") 
          
            
    class Teacher(SchoolMember): 
         '''代表一位老师。''' 
        def __init__(self, name, age, salary): 
            SchoolMember.__init__(self, name, age) 
            self.salary = salary print('(初始化教师: {})'.format(self.name)) 
            
        def tell(self): 
            SchoolMember.tell(self) 
            print('薪资: "{:d}"'.format(self.salary)) 
            
            
    class Student(SchoolMember): 
        '''代表一位学生。'''
        def __init__(self, name, age, marks): 
            SchoolMember.__init__(self, name, age) 
            self.marks = marks
            print('(初始化学生: {})'.format(self.name)) 
                    
        def tell(self): 
            SchoolMember.tell(self) 
            print('分数: "{:d}"'.format(self.marks)) 
            
    t = Teacher('曾老师', 30, 30000) 
    s = Student('小明', 20, 75) 
    
    # 打印一行空白行 
    print() 
    
    members = [t, s] 
    for member in members: 
        # 对全体师生工作 
        member.tell()

输出：

python oop_subclass.py 
    (初始化学校成员: 曾老师) 
    (初始化教师: 曾老师) 
    (初始化学校成员: 小明) 
    (初始化学生: 小明) 
    
    姓名:"曾老师" 年龄:"30" 薪资: "30000" 
    姓名:"小明" Age:"20" 分数: "75"

它是如何工作的

**要想使用继承，在定义类 时我们需要在类后面跟一个包含基类名称的元组。**

然后，我们会注 意到基类的\\ \_\_init\_\_ 方法是通过 `self`变量被显式调用的，因此我们可以初始化对象的基 类部分。

下面这一点很重要，需要牢记——**因为我们在 Teacher 和 Student 子类中定义了 \_\_init\_\_ 方法**，Python 不会自动调用基类 SchoolMember 的构造函数，你必须自己显式地 调用它。

相反，如果我们没有在一个子类中定义一个 \_\_init\_\_ 方法，Python 将会自动调用基类的构 造函数。

**我们会观察到，我们可以通过在方法名前面加上基类名作为前缀，再传入 self 和其余变 量，来调用基类的方法。**

在这里你需要注意，当我们使用 `SchoolMember` 类的 tell 方法时，我们可以将 Teacher 或 Student 的实例看作 SchoolMember 的实例。

同时，你会发现被调用的是子类型的 tell 方法，而不是`SchoolMember` 的 tell 方法。理 解这一问题的一种思路是 `Python` 总会从当前的实际类型中开始寻找方法，在本例中即是如 此。如果它找不到对应的方法，它就会在该类所属的基本类中依顺序逐个寻找属于基本类的 方法，这个基本类是在定义子类时后跟的元组指定的。

**这里有一条有关术语的注释——如果继承元组中有超过一个类，这种情 况就会被称作多重继承**

。

`end` 参数用在超类的`tell()` 方法的`print`函数中，目的是打印一行并允许下一次打印在 同一行继续。这是一个让 print 能够不在打印的末尾打印出 \\n （新行换行符）符号的小 窍门。

# 面向对象常用术语 #

### 抽象/实现 ###

抽象指对现实世界问题和实体的本质表现,行为和特征建模,建立一个相关的子集,可以用于 绘程序结构,从而实现这种模型。抽象不仅包括这种模型的数据属性,还定义了这些数据的接口。

对某种抽象的实现就是对此数据及与之相关接口的现实化(realization)。现实化这个过程对于客户 程序应当是透明而且无关的。

### 封装/接口 ###

封装描述了对数据/信息进行隐藏的观念,它对数据属性提供接口和访问函数。通过任何客户端直接对数据的访问,无视接口,与封装性都是背道而驰的,除非程序员允许这些操作。作为实现的 一部分,客户端根本就不需要知道在封装之后,数据属性是如何组织的。在Python中,所有的类属性都是公开的,但名字可能被“混淆”了,以阻止未经授权的访问,但仅此而已,再没有其他预防措施了。这就需要在设计时,对数据提供相应的接口,以免客户程序通过不规范的操作来存取封装的数据属性。

> 注意：封装绝不是等于“把不想让别人看到、以后可能修改的东西用private隐藏起来”

真正的封装是，经过深入的思考，做出良好的抽象，给出“完整且最小”的接口，并使得内部细节可以对外透明

（注意：对外透明的意思是，外部调用者可以顺利的得到自己想要的任何功能，完全意识不到内部细节的存在）

### 合成 ###

合成扩充了对类的 述,使得多个不同的类合成为一个大的类,来解决现实问题。合成 述了 一个异常复杂的系统,比如一个类由其它类组成,更小的组件也可能是其它的类,数据属性及行为, 所有这些合在一起,彼此是“有一个”的关系。

### 派生/继承/继承结构 ###

派生描述了子类衍生出新的特性,新类保留已存类类型中所有需要的数据和行为,但允许修改或者其它的自定义操作,都不会修改原类的定义。  
继承描述了子类属性从祖先类继承这样一种方式  
继承结构表示多“代”派生,可以述成一个“族谱”,连续的子类,与祖先类都有关系。

### 泛化/特化 ###

基于继承  
泛化表示所有子类与其父类及祖先类有一样的特点。  
特化描述所有子类的自定义,也就是,什么属性让它与其祖先类不同。

### 多态与多态性 ###

多态指的是同一种事物的多种状态：水这种事物有多种不同的状态：冰，水蒸气

多态性的概念指出了对象如何通过他们共同的属性和动作来操作及访问,而不需考虑他们具体的类。

冰，水蒸气，都继承于水，它们都有一个同名的方法就是变成云，但是冰.变云(),与水蒸气.变云()是截然不同的过程，虽然调用的方法都一样

### 自省/反射 ###

自省也称作反射，这个性质展示了某对象是如何在运行期取得自身信息的。如果传一个对象给你,你可以查出它有什么能力,这是一项强大的特性。如果Python不支持某种形式的自省功能,dir和type内建函数,将很难正常工作。还有那些特殊属性,像`__dict__`,`__name__`及`__doc__`

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