Python语法基础之. Task10 类和对象（13-14/17）

以你之姓@ 2023-05-29 02:36 21阅读 0赞

### Python基础—— Task10 类和对象 ###

*  0. 写在前面
 *  1. 类与对象
 *   *  1.1 对象 = 属性 + 方法
     *  1.2 self
     *  1.3 python魔法方法的一个应用
     *  1.4 公有和私有
     *  1.5 继承
     *  1.6 组合
     *  1.7 类、类对象和实例对象
     *  1.8 绑定
 *  2. 类的内置方法与函数
 *   *  2.1 类的专有方法
     *  2.2 类的内置函数
     *  2.3运算符重载

# 0. 写在前面 #

面向对象技术简介

*  **类(Class):** 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。`对象是类的实例`。
 *  **方法：** 类中定义的函数。
 *  **类变量：** 类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
 *  **数据成员：** 类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
 *  **方法重写：** 如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
 *  **局部变量：** 定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
 *  **实例变量：** 在类的声明中，属性是用变量来表示的。这种变量就称为实例变量，是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。
 *  **继承：** 即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
 *  **实例化：** 创建一个类的实例，类的具体对象。
 *  **对象：** 通过`类定义的数据结构实例`。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

和其它编程语言相比，Python在尽可能不增加新的语法和语义的情况下加入了**类机制**。

Python中的类提供了面向对象编程的所有基本功能：**类的继承机制允许多个基类，派生类可以覆盖基类中的任何方法，方法中可以调用基类中的同名方法。**

对象可以包含任意数量和类型的数据。

# 1. 类与对象 #

## 1.1 对象 = 属性 + 方法 ##

对象是类的实例。换句话说，类主要定义对象的结构，然后我们以类为模板创建对象。类不但包含方法定义，而且还包含所有实例共享的数据。

*  封装：信息隐蔽技术

我们可以使用关键字 `class` 定义 Python 类，关键字后面紧跟类的名称、分号和类的实现。

class Tiger:  # Python中的类名约定以大写字母开头
        """关于类的一个简单例子"""
        # 属性
        color = 'Orange'
        weight = 300
        legs = 4
        shell = False
        strength = 'unstoppable'
        mouth = '血盆大口'
    
        # 方法
        def climb(self):
            print('Of course I can climb a tree...')
    
        def run(self):
            print('I run faster than you guys...')
    
        def bite(self):
            print('You are a dead man…')
    
        def eat(self):
            print('Yummy……')
    
        def sleep(self):
            print('Tomorrow will be better')
    
    
    tig = Tiger()
    print(tig)
    print(type(tig))
    print(tig.__class__)
    print(tig.__class__.__name__)
    tig.climb()
    tig.run()
    tig.bite()
    print(tig.strength)
    # Python类也是对象。它们是type的实例
    print(type(Tiger))
    '''
    <__main__.Tiger object at 0x10250e668>
    <class '__main__.Tiger'>
    <class '__main__.Tiger'>
    Tiger
    Of course I can climb a tree...
    I run faster than you guys...
    You are a dead man…
    unstoppable
    <class 'type'>
    '''

*  继承：子类自动共享父类之间数据和方法的机制

class MyList(list):
        pass
    
    lst = MyList([1, 5, 3, 7])
    lst.append(1024)
    lst.sort()
    print(lst)  # [1, 3, 5, 7, 1024]

*  多态：不同对象对同一方法响应不同的行动

class Animal:
        def run(self):
            raise AttributeError('子类必须实现这个方法')
    
    class People(Animal):
        def run(self):
            print('人正在走')
    
    class Pig(Animal):
        def run(self):
            print('pig is walking')
    
    class Dog(Animal):
        def run(self):
            print('dog is running')
    
    def func(animal):   # 多态调用
        animal.run()
    
    func(People())      # 人正在走
    func(Pig())         # pig is walking
    func(Dog())         # dog is running

## 1.2 self ##

Python 的 `self` 相当于 C++ 的 `this` 指针。

class Test_self:
        def prt(self):
            print(self)
            print(self.__class__)
    
    t = Test_self()		# <__main__.Test_self object at 0x10c9af0b8>
    t.prt()		# <class '__main__.Test_self'>

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别 —— 它们必须有一个额外的**第一个参数名称**（对应于该实例，即该对象本身），按照惯例它的名称是 `self` ==> 在调用方法时，我们无需明确提供与参数 `self` 相对应的参数。

class Student:
        def setName(self, name):
            self.name = name
    
        def ifstudy(self):
            print("%s, 你今天学Python了么..." % self.name)
    
    a = Student()
    a.setName("Alice")
    b = Student()
    b.setName("Bob")
    a.ifstudy()     # Alice, 你今天学Python了么...
    b.ifstudy()     # Bob, 你今天学Python了么...

## 1.3 python魔法方法的一个应用 ##

如果某个对象实现了这些方法中的某一个，那么这个方法就会在特殊的情况下被 Python 所调用，而这一切都是自动发生的…

*  类有一个名为`__init__(self[, param1, param2...])`的魔法方法，该方法在类实例化时会自动调用。

class Student:
        # 和上一个的区别所在
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
        def ifstudy(self):
            print("%s, 你今天学Python了么..." % self.name)
    
    a = Student("Alice")
    b = Student("Bob")
    a.ifstudy()     # Alice, 你今天学Python了么...
    b.ifstudy()     # Bob, 你今天学Python了么...

## 1.4 公有和私有 ##

在 Python 中定义私有变量只需要在变量名或函数名前加上`__`(两个下划线)，那么这个函数或变量就会为私有的了。

这就使得从类的外部无法访问被认为是私有的变量，有利于数据安全。

*  类的私有属性实例：

class Counter:
        __secretCount = 100  # 私有变量
        publicCount = 0  # 公开变量
    
        def count(self):
            self.__secretCount += 1
            self.publicCount += 1
            print(self.__secretCount)
    
        def guess(self, num):
            if self.__secretCount > num:
                print(True)
            else:
                print(False)
    
    
    counter = Counter()
    counter.count()  # 101
    counter.count()  # 102 但是连续执行时，只输出102
    
    counter.guess(50)   # True
    print(counter._JustCounter__secretCount)
    # AttributeError: 'Counter' object has no attribute '_JustCounter__secretCount'
    print(counter.__secretCount)        
    # AttributeError: 'Counter' object has no attribute '_JustCounter__secretCount'

*  类的私有方法实例：

class Site:
        def __init__(self, name, url):
            self.name = name  # public
            self.__url = url  # private
    
        def who(self):
            print('name  : ', self.name)
            print('url : ', self.__url)
    
        def __foo(self):  # 私有方法
            print('这是私有方法（可以被公有方法调用返回，但不能被直接访问）')
    
        def foo(self):  # 公共方法
            print('这是公共方法')
            self.__foo()
    
    
    x = Site('IvanZhang的CSDN博客', 'https://blog.csdn.net/weixin_41728431')
    x.who()
    # name  :  IvanZhang的CSDN博客
    # url :  https://blog.csdn.net/weixin_41728431
    
    x.foo()
    # 这是公共方法
    # 这是私有方法（可以被公有方法调用返回，但不能被直接访问）
    
    x.__foo()
    # AttributeError: 'Site' object has no attribute '__foo'

## 1.5 继承 ##

Python 同样支持类的继承，派生类的定义如下所示：

class DerivedClassName(BaseClassName):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

`BaseClassName`（示例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用：

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

*  如果子类中定义与父类同名的方法或属性，则会自动覆盖父类对应的方法或属性。

# 类定义
    class people:
        # 定义基本属性
        name = ''
        age = 0
        # 定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
        __weight = 0
    
        # 定义构造方法
        def __init__(self, n, a, w):
            self.name = n
            self.age = a
            self.__weight = w
    
        def speak(self):
            print("%s 说: 我 %d 岁。" % (self.name, self.age))
    
    
    # 单继承示例
    class student(people):
        grade = ''
    
        def __init__(self, n, a, w, g):
            # 调用父类的构函
            people.__init__(self, n, a, w)
            self.grade = g
    
        # 覆写父类的方法
        def speak(self):
            print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级" % (self.name, self.age, self.grade))
    
    
    s = student('Ivan', 10, 50, 4)
    s.speak()
    # Iavn 说: 我 10 岁了，我在读 4 年级

注意：如果上面的程序去掉：`people.__init__(self, n, a, w)`，则输出：`说: 我 0 岁了，我在读 4 年级`，因为子类的构造方法把父类的构造方法覆盖了。

class Fish:
        def __init__(self):
            self.x = r.randint(0, 10)
            self.y = r.randint(0, 10)
    
        def move(self):
            self.x -= 1
            print("我的位置", self.x, self.y)
    
    
    class GoldFish(Fish):  # 金鱼
        pass
    
    
    class Carp(Fish):  # 鲤鱼
        pass
    
    
    class Salmon(Fish):  # 三文鱼
        pass
    
    
    class Shark(Fish):  # 鲨鱼
        def __init__(self):
            self.hungry = True
    
        def eat(self):
            if self.hungry:
                print("吃货的梦想就是天天有得吃！")
                self.hungry = False
            else:
                print("太撑了，吃不下了！")
                self.hungry = True
    
    
    g = GoldFish()
    g.move()  # 我的位置 9 4
    s = Shark()
    s.eat() # 吃货的梦想就是天天有得吃！
    s.move()  
    # AttributeError: 'Shark' object has no attribute 'x'

解决该问题可用以下两种方式：

*  调用未绑定的父类方法`Fish.__**init**(self)__`

class Shark(Fish):  # 鲨鱼
        def __init__(self):
            Fish.__init__(self)
            self.hungry = True
    
        def eat(self):
            if self.hungry:
                print("吃货的梦想就是天天有得吃！")
                self.hungry = False
            else:
                print("太撑了，吃不下了！")
                self.hungry = True

*  使用super函数`super()**.__init**()__`

class Shark(Fish):  # 鲨鱼
        def __init__(self):
            super().__init__()
            self.hungry = True
    
        def eat(self):
            if self.hungry:
                print("吃货的梦想就是天天有得吃！")
                self.hungry = False
            else:
                print("太撑了，吃不下了！")
                self.hungry = True

Python 虽然支持多继承的形式，但一般不使用多继承，因为容易引起混乱。

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，Python 从左至右搜索，即**方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。**

# 类定义
    class People:
        # 定义基本属性
        name = ''
        age = 0
        # 定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
        __weight = 0
    
        # 定义构造方法
        def __init__(self, n, a, w):
            self.name = n
            self.age = a
            self.__weight = w
    
        def speak(self):
            print("%s 说: 我 %d 岁。" % (self.name, self.age))
    
    
    # 单继承示例
    class Student(People):
        grade = ''
    
        def __init__(self, n, a, w, g):
            # 调用父类的构函
            People.__init__(self, n, a, w)
            self.grade = g
    
        # 覆写父类的方法
        def speak(self):
            print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级" % (self.name, self.age, self.grade))
    
    
    # 另一个类，多重继承之前的准备
    class Speaker:
        topic = ''
        name = ''
    
        def __init__(self, n, t):
            self.name = n
            self.topic = t
    
        def speak(self):
            print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s" % (self.name, self.topic))
    
    
    # 多重继承
    class Sample01(Speaker, Student):
        a = ''
    
        def __init__(self, n, a, w, g, t):
            Student.__init__(self, n, a, w, g)
            Speaker.__init__(self, n, t)
    
    
    test = Sample01("Tim", 25, 80, 4, "Python")
    test.speak()  # 方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法
    
    
    # 我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python
    
    class Sample02(Student, Speaker):
        a = ''
    
        def __init__(self, n, a, w, g, t):
            Student.__init__(self, n, a, w, g)
            Speaker.__init__(self, n, t)
    
    
    test = Sample02("Tim", 25, 80, 4, "Python")
    test.speak()  # 方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法
    
    # Tim 说: 我 25 岁了，我在读 4 年级

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## 1.6 组合 ##

class Turtle:
        def __init__(self, x):
            self.num = x
    
    class Fish:
        def __init__(self, x):
            self.num = x
    
    class Pool:
        def __init__(self, x, y):
            self.turtle = Turtle(x)
            self.fish = Fish(y)
    
        def print_num(self):
            print("水池里面有乌龟%s只，小鱼%s条" % (self.turtle.num, self.fish.num))
    
    
    p = Pool(2, 3)
    p.print_num()
    # 水池里面有乌龟2只，小鱼3条

## 1.7 类、类对象和实例对象 ##

类定义——>类对象——>实例对象

类对象：创建一个类，其实也是一个对象也在内存开辟了一块空间，称为类对象，类对象只有一个。

# 类对象
    class A(object):
        pass

实例对象：就是通过实例化类创建的对象，称为实例对象，实例对象可以有多个。

# 实例化对象 a、b、c都属于实例对象。
    a = A()
    b = A()
    c = A()

类属性：类里面方法外面定义的变量称为类属性。类属性所属于类对象并且多个实例对象之间共享同一个类属性，说白了就是类属性所有的通过该类实例化的对象都能共享。

class A():
        a = xx  #类属性
        def __init__(self):
            A.a = xx  #使用类属性可以通过 （类名.类属性）调用。

实例属性：实例属性和具体的某个实例对象有关系，并且一个实例对象和另外一个实例对象是不共享属性的，说白了实例属性只能在自己的对象里面使用，其他的对象不能直接使用，因为`self`是谁调用，它的值就属于该对象。

class 类名():
        __init__(self)：
            self.name = xx #实例属性

类属性和实例属性区别

*  类属性：类外面，可以通过`实例对象.类属性`和`类名.类属性`进行调用。类里面，通过`self.类属性`和`类名.类属性`进行调用。
 *  实例属性 ：类外面，可以通过`实例对象.实例属性`调用。类里面，通过`self.实例属性`调用。
 *  实例属性就相当于局部变量。出了这个类或者这个类的实例对象，就没有作用了。
 *  类属性就相当于类里面的全局变量，可以和这个类的所有实例对象共享。

# 创建类对象
    class Test(object):
        class_attr = 100  # 类属性
    
        def __init__(self):
            self.sl_attr = 100  # 实例属性
    
        def func(self):
            print('类对象.类属性的值:', Test.class_attr)  # 调用类属性
            print('self.类属性的值', self.class_attr)  # 相当于把类属性 变成实例属性
            print('self.实例属性的值', self.sl_attr)  # 调用实例属性
    
    
    a = Test()
    a.func()
    
    # 类对象.类属性的值: 100
    # self.类属性的值 100
    # self.实例属性的值 100
    
    b = Test()
    b.func()
    
    # 类对象.类属性的值: 100
    # self.类属性的值 100
    # self.实例属性的值 100
    
    a.class_attr = 200
    a.sl_attr = 200
    a.func()
    
    # 类对象.类属性的值: 100
    # self.类属性的值 200
    # self.实例属性的值 200
    
    b.func()
    
    # 类对象.类属性的值: 100
    # self.类属性的值 100
    # self.实例属性的值 100
    
    Test.class_attr = 300
    a.func()
    
    # 类对象.类属性的值: 300
    # self.类属性的值 200
    # self.实例属性的值 200
    
    b.func()
    # 类对象.类属性的值: 300
    # self.类属性的值 300
    # self.实例属性的值 100

注意：属性与方法名相同，属性会覆盖方法。

class A:
        def x(self):
            print('x_man')
    
    
    aa = A()
    aa.x()  # x_man
    aa.x = 1
    print(aa.x)  # 1
    aa.x()
    # TypeError: 'int' object is not callable

## 1.8 绑定 ##

Python 严格要求方法需要有实例才能被调用，这种限制其实就是 Python 所谓的绑定概念。

Python 对象的数据属性通常存储在名为`.__ dict__`的字典中，我们可以直接访问`__dict__`，或利用 Python 的内置函数`vars()`获取`.__ dict__`。

class CC:
        def setXY(self, x, y):
            self.x = x
            self.y = y
    
        def printXY(self):
            print(self.x, self.y)
    
    
    dd = CC()
    print(dd.__dict__)
    # {}
    
    print(vars(dd))
    # {}
    
    print(CC.__dict__)
    # {'__module__': '__main__', 'setXY': <function CC.setXY at 0x000000C3473DA048>, 'printXY': <function CC.printXY at 0x000000C3473C4F28>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'CC' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'CC' objects>, '__doc__': None}
    
    dd.setXY(4, 5)
    print(dd.__dict__)
    # {'x': 4, 'y': 5}
    
    print(vars(CC))
    # {'__module__': '__main__', 'setXY': <function CC.setXY at 0x000000632CA9B048>, 'printXY': <function CC.printXY at 0x000000632CA83048>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'CC' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'CC' objects>, '__doc__': None}
    
    print(CC.__dict__)
    # {'__module__': '__main__', 'setXY': <function CC.setXY at 0x000000632CA9B048>, 'printXY': <function CC.printXY at 0x000000632CA83048>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'CC' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'CC' objects>, '__doc__': None}

# 2. 类的内置方法与函数 #

## 2.1 类的专有方法 ##

*  **init :** 构造函数，在生成对象时调用
 *  **del :** 析构函数，释放对象时使用
 *  **repr :** 打印，转换
 *  **setitem :** 按照索引赋值
 *  **getitem:** 按照索引获取值
 *  **len:** 获得长度
 *  **cmp:** 比较运算
 *  **call:** 函数调用
 *  **add:** 加运算
 *  **sub:** 减运算
 *  **mul:** 乘运算
 *  **truediv:** 除运算
 *  **mod:** 求余运算
 *  **pow:** 乘方

## 2.2 类的内置函数 ##

*  `issubclass(class, classinfo)` 方法用于判断参数 class 是否是类型参数 classinfo 的子类。
 *  一个类被认为是其自身的子类。
 *  `classinfo`可以是类对象的元组，只要class是其中任何一个候选类的子类，则返回`True`。

class A:
        pass
    
    class B(A):
        pass
    
    print(issubclass(B, A))  # True
    print(issubclass(B, B))  # True
    print(issubclass(A, B))  # False
    print(issubclass(B, object))  # True

*  `isinstance(object, classinfo)` 方法用于判断一个对象是否是一个已知的类型，类似`type()`。
 *  `type()`不会认为子类是一种父类类型，不考虑继承关系。
 *  `isinstance()`会认为子类是一种父类类型，考虑继承关系。
 *  如果第一个参数不是对象，则永远返回`False`。
 *  如果第二个参数不是类或者由类对象组成的元组，会抛出一个`TypeError`异常。

a = 2
    print(isinstance(a, int))  # True
    print(isinstance(a, str))  # False
    print(isinstance(a, (str, int, list)))  # True
    
    class A:
        pass
    
    class B(A):
        pass
    
    print(isinstance(A(), A))  # True
    print(type(A()) == A)  # True
    print(isinstance(B(), A))  # True
    print(type(B()) == A)  # False

*  `hasattr(object, name)`用于判断对象是否包含对应的属性。

class Coordinate:
        x = 10
        y = -5
        z = 0
    
    point1 = Coordinate()
    print(hasattr(point1, 'x'))  # True
    print(hasattr(point1, 'y'))  # True
    print(hasattr(point1, 'z'))  # True
    print(hasattr(point1, 'no'))  # False

*  `getattr(object, name[, default])`用于返回一个对象属性值。

class A(object):
        bar = 1
    
    a = A()
    print(getattr(a, 'bar'))  # 1
    print(getattr(a, 'bar2', 3))  # 3
    print(getattr(a, 'bar2'))
    # AttributeError: 'A' object has no attribute 'bar2'

这个例子很酷！

class A(object):
        def set(self, a, b):
            x = a
            a = b
            b = x
            print(a, b)
    
    a = A()
    c = getattr(a, 'set')
    c(a='1', b='2')  # 2 1

*  `setattr(object, name, value)`对应函数 `getattr()`，用于设置属性值，该属性不一定是存在的。

class A(object):
        bar = 1
    
    a = A()
    print(getattr(a, 'bar'))  # 1
    setattr(a, 'bar', 5)
    print(a.bar)  # 5
    setattr(a, "age", 28)
    print(a.age)  # 28

*  `delattr(object, name)`用于删除属性。

class Coordinate:
        x = 10
        y = -5
        z = 0
    
    point1 = Coordinate()
    
    print('x = ', point1.x)  # x =  10
    print('y = ', point1.y)  # y =  -5
    print('z = ', point1.z)  # z =  0
    
    delattr(Coordinate, 'z')
    
    print('--删除 z 属性后--')  # --删除 z 属性后--
    print('x = ', point1.x)  # x =  10
    print('y = ', point1.y)  # y =  -5
    
    # 触发错误
    print('z = ', point1.z)
    # AttributeError: 'Coordinate' object has no attribute 'z'

*  `class property([fget[, fset[, fdel[, doc]]]])`用于在新式类中返回属性值。
 *  `fget` – 获取属性值的函数
 *  `fset` – 设置属性值的函数
 *  `fdel` – 删除属性值函数
 *  `doc` – 属性描述信息

class C(object):
        def __init__(self):
            self.__x = None
    
        def getx(self):
            return self.__x
    
        def setx(self, value):
            self.__x = value
    
        def delx(self):
            del self.__x
    
        x = property(getx, setx, delx, "I'm the 'x' property.")
    
    cc = C()
    cc.x = 2
    print(cc.x)  # 2

## 2.3运算符重载 ##

Python同样支持运算符重载，我们可以对类的专有方法进行重载，实例如下：

#!/usr/bin/python3
     
    class Vector:
       def __init__(self, a, b):
          self.a = a
          self.b = b
     
       def __str__(self):
          return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
       
       def __add__(self,other):
          return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)
     
    v1 = Vector(2,10)
    v2 = Vector(5,-2)
    print (v1 + v2)

以上代码执行结果如下所示:

Vector(7,8)