python学习--关注容易被忽略的知识点--（五）面向对象编程

傷城~ 2023-03-01 13:35 40阅读 0赞

> 本系列文章回顾了 python大部分关键的知识点，关注那些容易被忽略的知识点。适用于有一定python基础的python学习者。  
> 本系列文章主要参考[廖雪峰的python学习网站][python]。该学习网站内容全面，通俗易懂，强烈推荐初学者在这个网站学习python。

全系列：  
（一）[python基础][python 1]  
（二）[函数][Link 1]  
（三）[高级特性][Link 2]  
（四）[函数式编程][Link 3]  
（五）[面向对象编程][Link 4]

### 文章目录 ###

*  面向对象编程
 *   *  类和实例
     *   *  数据封装
         *  其他
     *  访问限制
     *  继承和多态
     *  获取对象信息
     *   *  type()
         *  isinstance()
         *  dir()
     *  实例属性和类属性

# 面向对象编程 #

数据封装、继承和多态是面向对象的三大特点。

## 类和实例 ##

面向对象最重要的概念就是类（Class）和实例（Instance），必须牢记类是抽象的模板，比如Student类，而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。

### 数据封装 ###

每个实例拥有各自的数据，通过函数访问这些数据，从而将数据封装起来。

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))
        
        def get_grade(self):
            if self.score >= 90:
                return 'A'
            elif self.score >= 60:
                return 'B'
            else:
                return 'C'

“封装”的另一个好处是可以增加新的方法，比如get\_grade。

### 其他 ###

Python允许对实例变量绑定任何数据。  
对于两个实例变量，虽然它们都是同一个类的不同实例，但拥有的变量名称都可能不同。

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
    >>> bart.age = 8
    >>> bart.age
    8
    >>> lisa.age
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

## 访问限制 ##

从前面Student类的定义来看，外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、score属性：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.score
    59
    >>> bart.score = 99
    >>> bart.score
    99

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))
    
    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.__name
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。

如果外部需要获取或修改name和score的值，可以增加get\_name和get\_score这样的方法。

class Student(object):
        ...
        def get_name(self):
            return self.__name
    
        def get_score(self):
            return self.__score
        def set_score(self, score):
            if 0 <= score <= 100:
                self.__score = score
            else:
                raise ValueError('bad score')

在set\_score函数中还可以进行参数检查，加强了程序的鲁棒性。

*  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，所以，不能用\_\_name\_\_、\_\_score\_\_这样的变量名。
 *  还有以单下划线开头的，如\_name，这样的实例变量外部是可以访问的，但是，按照约定俗成的规定，当你看到这样的变量时，意思就是，“虽然我可以被访问，但是，请把我视为私有变量，不要随意访问。
 *  双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢？其实也不是。不能直接访问\_\_name是因为Python解释器对外把\_\_name变量改成了\_Student\_\_name，所以，仍然可以通过\_Student\_\_name来访问\_\_name变量：

>>> bart._Student__name
    'Bart Simpson'

Python本身没有任何机制阻止你干坏事，一切全靠自觉。

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.get_name()
    'Bart Simpson'
    >>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量！
    >>> bart.__name
    'New Name'

表面上看，外部代码“成功”地设置了\_\_name变量，但实际上这个\_\_name变量和class内部的\_\_name变量不是一个变量！内部的\_\_name变量已经被Python解释器自动改成了\_Student\_\_name，而外部代码给bart新增了一个\_\_name变量

>>> bart.get_name() # get_name()内部返回self.__name
    'Bart Simpson'

## 继承和多态 ##

*  继承可以获得父类的全部功能。继承可以增加自己的方法，也可以重写（覆盖）父类的方法。（python中的重写和重载：https://www.cnblogs.com/Hondsome/p/5962889.html）
 *  在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行。
 *  对于一个变量，我们只需要知道它是Animal类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用run()方法，而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力：  
    调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Animal的子类时，只要确保run()方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“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。

class Animal(object):
        def run(self):
            print('Animal is running...')
    
    class Dog(Animal):
        def run(self):
            print('Dog is running...')
    
        def eat(self):
            print('Eating meat...')
    
    class Cat(Animal):
        def run(self):
            print('Cat is running...')
            
    class Tortoise(Animal):
        def run(self):
            print('Tortoise is running slowly...')
            
    def run_twice(animal):
        animal.run()
        animal.run()
        
    # test
    >>> run_twice(Dog())
    Dog is running...
    Dog is running...
    >>> run_twice(Cat())
    Cat is running...
    Cat is running...
    >>> run_twice(Tortoise())
    Tortoise is running slowly...
    Tortoise is running slowly...

## 获取对象信息 ##

### type() ###

判断对象类型，使用type()函数。

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

如何判断一个对象是否是函数?

>>> import types
    >>> def fn():
    ...     pass
    ...
    >>> type(fn)==types.FunctionType
    True
    >>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
    True
    >>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
    True
    >>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
    True

### isinstance() ###

对于class的继承关系来说，使用type()就很不方便。我们要判断class的类型，可以使用isinstance()函数。

# 判断类和继承关系
    >>> a = Animal()
    >>> d = Dog()
    >>> h = Husky()
    >>> isinstance(h, Husky)
    True
    >>> isinstance(h, Dog)
    True
    >>> isinstance(h, Animal)
    True
    # 判断常见数据类型
    >>> isinstance('a', str)
    True
    >>> isinstance(123, int)
    True
    >>> isinstance(b'a', bytes)
    True
    # 判断一个变量是否是某些类型中的一种
    >>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
    True
    >>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
    True

### 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，比如，获得一个str对象的所有属性和方法。

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

配合getattr()、setattr()以及hasattr()，我们可以直接操作一个对象的状态:

>>> class MyObject(object):
    ...     def __init__(self):
    ...         self.x = 9
    ...     def power(self):
    ...         return self.x * self.x
    ...
    >>> obj = MyObject()
    
    # 操作对象的属性
    >>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗？
    True
    >>> obj.x
    9
    >>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗？
    False
    >>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
    >>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗？
    True
    >>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
    19
    >>> obj.y # 获取属性'y'
    19
    >>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z'，如果不存在，返回默认值404
    404
    
    # 获得对象的方法
    >>> hasattr(obj, 'power') # 有属性'power'吗？
    True
    >>> getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'
    <bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
    >>> fn = getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'并赋值到变量fn
    >>> fn # fn指向obj.power
    <bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
    >>> fn() # 调用fn()与调用obj.power()是一样的
    81

## 实例属性和类属性 ##

类属性属于类所有，所有实例共享一个属性。

# 类属性
    class Student(object):
        name = 'Student'
    ...
    >>> s = Student() # 创建实例s
    >>> print(s.name) # 打印name属性，因为实例并没有name属性，所以会继续查找class的name属性
    Student
    >>> print(Student.name) # 打印类的name属性
    Student
    >>> s.name = 'Michael' # 给实例绑定name属性
    >>> print(s.name) # 由于实例属性优先级比类属性高，因此，它会屏蔽掉类的name属性
    Michael
    >>> print(Student.name) # 但是类属性并未消失，用Student.name仍然可以访问
    Student
    >>> del s.name # 如果删除实例的name属性
    >>> print(s.name) # 再次调用s.name，由于实例的name属性没有找到，类的name属性就显示出来了
    Student

注意：  
千万不要对实例属性和类属性使用相同的名字，因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性

[python]: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400
[python 1]: https://blog.csdn.net/lingpy/article/details/107368707
[Link 1]: https://blog.csdn.net/lingpy/article/details/107406972
[Link 2]: https://blog.csdn.net/lingpy/article/details/107475236
[Link 3]: https://blog.csdn.net/lingpy/article/details/107524101
[Link 4]: https://blog.csdn.net/lingpy/article/details/107599709