Python的类与面向对象

ゝ一世哀愁。 2022-04-23 20:40 375阅读 0赞

Python从设计之初就已经是一门面向对象的语言，正因为如此，在Python中创建一个类和对象是很容易的。本章节我们将详细介绍Python的面向对象编程。

如果你以前没有接触过面向对象的编程语言，那你可能需要先了解一些面向对象语言的一些基本特征，在头脑里头形成一个基本的面向对象的概念，这样有助于你更容易的学习Python的面向对象编程。

接下来我们先来简单的了解下面向对象的一些基本特征。

### 一、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。

### 二、类定义 ###

语法格式如下：

class ClassName:
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性。

### 三、类对象 ###

类对象支持两种操作：**属性引用**和**实例化**。

属性引用使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：[obj.name][]。

类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

实例(Python 3.0+)

class MyClass:
        """一个简单的类实例"""
        i = 12345
        def f(self):
            return 'hello world'
     
    # 实例化类
    x = MyClass()
     
    # 访问类的属性和方法
    print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
    print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x，x 为空的对象。

执行以上程序输出结果为：

MyClass 类的属性 i 为： 12345
    MyClass 类的方法 f 输出为： hello world

类有一个名为 **init**() 的特殊方法（构造方法），该方法在类实例化时会自动调用，像下面这样：

def __init__(self):
        self.data = []

类定义了 **init**() 方法，类的实例化操作会自动调用 **init**() 方法。如下实例化类 MyClass，对应的 **init**() 方法就会被调用:

x = MyClass()

当然， **init**() 方法可以有参数，参数通过 **init**() 传递到类的实例化操作上。例如:  
实例(Python 3.0+)

class Complex:
        def __init__(self, realpart, imagpart):
            self.r = realpart
            self.i = imagpart
    x = Complex(3.0, -4.5)
    print(x.r, x.i)   # 输出结果：3.0 -4.5

#### self代表类的实例，而非类 ####

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, 按照惯例它的名称是 self。

class Test:
        def prt(self):
            print(self)
            print(self.__class__)
     
    t = Test()
    t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100771878>
    __main__.Test

从执行结果可以很明显的看出，self 代表的是类的实例，代表当前对象的地址，而 self.class 则指向类。

self 不是 python 关键字，我们把他换成 runoob 也是可以正常执行的:

class Test:
        def prt(taylor):
            print(taylor)
            print(taylor.__class__)
    
    t = Test()
    t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test object at 0x7fdd7de8f6d8>
    <class '__main__.Test'>

### 四、类的方法 ###

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self, 且为第一个参数，self 代表的是类的实例。  
实例(Python 3.0+)

执行以上程序输出结果为：

taylor 说: 我 10 岁。

### 五、继承 ###

Python 同样支持类的继承，如果一种语言不支持继承，类就没有什么意义。派生类的定义如下所示:

class DerivedClassName(BaseClassName1):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

需要注意圆括号中基类的顺序，若是基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，从左到右查找基类中是否包含方法。

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):

实例(Python 3.0+)

执行以上程序输出结果为：

ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

### 六、多继承 ###

Python同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

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。  
实例(Python 3.0+)

#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 sample(speaker,student):
        a =''
        def __init__(self,n,a,w,g,t):
            student.__init__(self,n,a,w,g)
            speaker.__init__(self,n,t)
     
    test = sample("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

执行以上程序输出结果为：

我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python

### 七、方法重写 ###

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：  
实例(Python 3.0+)

class Parent:        # 定义父类
       def myMethod(self):
          print ('调用父类方法')
     
    class Child(Parent): # 定义子类
       def myMethod(self):
          print ('调用子类方法')
     
    c = Child()          # 子类实例
    c.myMethod()         # 子类调用重写方法
    super(Child,c).myMethod() #用子类对象调用父类已被覆盖的方法
    
    super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法。

执行以上程序输出结果为：

调用子类方法
    调用父类方法

更多文档：

Python 子类继承父类构造函数说明

### 八、类属性与方法 ###

**类的私有属性**

\_\_private\_attrs：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类的外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.\_\_private\_attrs。  
**类的方法**

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。

self 的名字并不是规定死的，也可以使用 this，但是最好还是按照约定是用 self。  
**类的私有方法**

\_\_private\_method：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用 ，不能在类的外部调用。self.\_\_private\_methods。  
实例

类的私有属性实例如下：  
实例(Python 3.0+)

class JustCounter:
        __secretCount = 0  # 私有变量
        publicCount = 0    # 公开变量
     
        def count(self):
            self.__secretCount += 1
            self.publicCount += 1
            print (self.__secretCount)
     
    counter = JustCounter()
    counter.count()
    counter.count()
    print (counter.publicCount)
    print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量

执行以上程序输出结果为：

1
    2
    2
    Traceback (most recent call last):
      File "test.py", line 16, in <module>
        print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量
    AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

类的私有方法实例如下：  
实例(Python 3.0+)

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')
    
        def foo(self):  # 公共方法
            print('这是公共方法')
            self.__foo()
    
    
    x = Site('Taylor', 'www.taylorswift.com/')
    x.who()  # 正常输出
    x.foo()  # 正常输出
    x.__foo()  # 报错

以上实例执行结果：  
![在这里插入图片描述][20190409205003496.png]

#### 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

#### 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：  
实例(Python 3.0+)

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)

[参考资料][Link 1]

[obj.name]: http://obj.name
[20190409205003496.png]: /images/20220222/4539cdb45d9e44c0a2aa6b6791852128.png
[Link 1]: https://www.runoob.com/python3/python3-class.html