第07课：抽象之类

不念不忘少年蓝@ 2022-11-20 09:56 410阅读 0赞

在前面介绍变量的文章中，我曾经提及：Python 是一门完全面向对象的编程语言，在 Python 中，数字、字符串、列表、元组、字典等都是对象。

相较于函数，类则是更高级别的抽象结构，类（Class）是面向对象程序设计（OOP，Object-Oriented Programming）实现信息封装的基础。类是一种用户定义类型，也称类类型。每个类包含数据说明和一组操作数据或传递消息的函数。类的实例称为对象，类的实质是一种数据类型。

### 类的定义 ###

与其它面向对象编程语言类似，在 Python 中，类具有多态、封装、继承。不过，Python 中没有重载，类的定义细节也具有明显差异。定义类的一般形式如下：

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

上面提到，类的本质是一种数据结构，一个类通常包含数据成员和函数成员。数据成员用于刻画类所描述的一类事物的属性，如描述人，一般用姓名、年龄、性别、学历等属性进行刻画，这就是数据成员；函数成员用于完成具体的任务，如查询、设置人名、打印基本信息等。如下实例：

#定义一个简单的类，描述一个人的基本信息        
    class Person:
        #定义类的数据成员：姓名，年龄
        name=''
        age=0
    
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info:{name:%s, age:%d}'%(self.name,self.age))
        #定义一个简单的函数
        def hello(self):
            print("hello world!")
    
    
    #实例化，创建一个对象
    p1 = Person()
    #访问类的属性：数据成员,访问语法obj.X
    print("name:",p1.name)
    print("age:",p1.age)
    #访问类的函数
    p1.printPersonInfo()
    p1.hello()

执行结果：

name: 
    age: 0
    person-info:{name:, age:0}
    hello world!

### self 参数 ###

上述实例中，Person 类定义了两个函数，其定义形式与上一篇介绍的函数存在明显区别：类中的函数必须有一个额外的参数 self，并且 self 参数必须放在第一个参数的位置。那么，对于一个实例化的对象，self 参数代表什么呢？来看一个例子。

#定义一个简单的类，描述一个人的基本信息        
    class Person:
        #定义类的数据成员：姓名，年龄
        name=''
        age=0
    
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('name:',self.name)
            print('self:',self)
            print('self class:',self.__class__)
    
    
    #实例化，创建一个对象
    p1 = Person()
    #访问类的函数
    p1.printPersonInfo()

执行结果：

name: 
    self: <__main__.Person object at 0x00000000067B5F98>
    self class: <class '__main__.Person

从执行结果可以看出，self 的内容是一个地址，它代表当前实例，也就是当前对象的地址。需要说明的是，self 参数并不是 Python 的保留关键字，而是为了便于理解，按照惯例命名而来。事实上，换做其它名字也可以（须遵循规则：必须是类函数的第一个参数）。

### 实例化 ###

上面小节实例中，我们创建了一个 Person 类的对象：p1=Person()，通过对象可以访问类的属性和调用类的函数，语法形式为：obj.name，其中 name 代表类的属性名或函数名。

上述例子中存在一个疑点，不知读者是否注意到，例子中实例化对象的操作并不是显式调用构造函数完成的，如下代码：

p1 = Person()

类中并没有定义名为 Person() 的函数，Person 是类名，在进行实例化创建对象的时候，会自动调用`__init()__`函数。该函数用于创建对象，并赋予所创建对象初始状态。

上述例子中，做了很多简化，创建的对象的所有属性都是默认值，在实际应用中，通常会采取更有效的方式来赋予对象初始状态。如下实例：

#定义一个简单的类，描述一个人的基本信息        
    class Person:
        #定义类的数据成员：姓名，年龄
        name=''
        age=0  
    #定义构造函数，用于创建一个类实例，也就是类的具体对象
    #通过参数传递，可以赋予对象初始状态
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info:{name:%s, age:%d}'%(self.name,self.age))
    
    
    #实例化，创建两个对象，默认调用构造函数：__init__()
    p1 = Person("Zhang San",12)
    p2 = Person("Li Si",13)
    #访问类的属性：数据成员,访问语法obj.X
    print("name:",p1.name)
    print("age:",p1.age)
    #调用函数
    p1.printPersonInfo()
    p2.printPersonInfo()

运行结果：

name: Zhang San
    age: 12
    person-info:{name:Zhang San, age:12}
    person-info:{name:Li Si, age:13}

### Python 中类定义与 Java、C++ 的差别 ###

从上面的例子中可以发现，Python 中类的定义与 Java 和 C++ 的区别：

*  定义形式，Python 没有修饰符，只有关键词 class，Java 和 C++ 则有修饰符（非必须）；
 *  构造函数，Python 没有重载特性，只能定义一个构造函数，且函数名为 `__init__`，若不定义构造函数，则默认为 `__init__(self)`，Java、C++ 则具有重载特性，可定义多个构造函数，且构造函数名必须与类名一致；
 *  形参定义形式不同，Python 类的方法，self 参数为必须参数；
 *  不必声明域，上面的例子中，声明了域 (name，age)，事实上，Python 可以不声明域，例子如下：

#定义一个简单的类，描述一个人的基本信息        
    class Person:
        #定义构造函数，用于创建一个类实例，也就是类的具体对象
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info:{name:%s, age:%d}'%(self.name,self.age))

### 继承 ###

继承可谓一种带有褒义的懒惰行为，一个最直观的好处就是减少编写重复代码，通过继承，子类可以重用父类中的函数和数据成员。当然，继承的意义远不止于此，这里就不展开了。

关于继承，通常将实施继承行为的类称为子类（Child Class）或者派生类（Derived Class），被继承的类称为父类（Parent Class）或者基类（Base Class)。与 Java、C++ 相比，Python 中继承的一般形式颇为简洁：

class childClassName(parentClassName):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

下面结合实例来看一下，定义一个类 Occupation 和一个继承 Occupation 的类 Person，继承的定义形式为：Person(Occupation)，无需关键词声明。

#定义一个类Occupation，描述职业
    class Occupation:
        #定义构造函数
        def __init__(self,salary,industry):
            self.salary = salary
            self.industry = industry
        def printOccupationInfo(self):
            print('Occupation-info:{salary:%d, industry:%s}'%(self.salary,self.industry)) 
    
    #定义一个简单的类Person,继承自类Occupation     
    class Person(Occupation):
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info:{name:%s, age:%d}'%(self.name,self.age))
    
    #创建一个子类对象
    temp = Person('Wu-Jing',38)
    #访问父类的数据成员
    temp.salary = 21000
    temp.industry = "IT"
    #分别调用本身和父类的函数
    temp.printOccupationInfo()
    temp.printPersonInfo()

执行结果：

Occupation-info:{salary:21000, industry:IT}
    person-info:{name:Wu-Jing, age:38}

### 多继承 ###

一些场景下，一个子类可能需要继承多个父类，举个例子：有三个类分别描述职业信息，购物信息，银行账户信息，现在定义一个类Person来描述一个人，显然，Person涉及上述三个类的信息，为了重复利用代码，降低开发难度，可以直接继承上述三个类，这便是多继承的应用。如上所述，多继承定义形式如下：

class childClassName(parentClassName1，parentClassName2，…):
        <statement-1>
        .
        .
        .
        <statement-N>

关于多继承，实例如下：

#定义一个类BankAccount，描述银行账户
    class BankAccount:
        def __init__(self,number, balance):
            self.number = number
            self.balance = balance  
        #计算并返回年利息
        def getAnnualInterest (self):
            return self.balance*0.042  
    
    #定义一个类Occupation，描述职业
    class Occupation:
        def __init__(self,salary,industry):
            self.salary = salary
            self.industry = industry
        def printOccupationInfo(self):
            print('Occupation-info:{salary:%d, industry:%s}'%(self.salary,self.industry)) 
    
    #定义一个类Person,继承自类BankAccount和BankAccount      
    class Person(Occupation,BankAccount):
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info:{name:%s, age:%d}'%(self.name,self.age))
    
    #创建一个子类对象
    temp = Person('Wu-Jing',38)
    #访问父类数据成员
    temp.number = 622202050201
    temp.balance = 1000000.99
    temp.salary = 21000
    temp.industry = "IT"
    #分别调用本身和父类的函数
    temp.printOccupationInfo()
    temp.printPersonInfo()
    print('Annual interest:',temp.getAnnualInterest())

执行结果：

Occupation-info:{salary:21000, industry:IT}
    person-info:{name:Wu-Jing, age:38}
    Annual interest: 42000.041580000005

需要注意的是，多继承中，子类继承了不同父类中的属性和函数，这些属性和函数可能存在同名的情况，在子类使用这些同名的函数或属性时，在没有指定的情况下，Python 将根据一定顺序进行搜索：首先搜索子类，如果未找到则根据多继承定义的顺序，从左至右在父类中查找。

如下实例：

#定义一个类 BankAccount，描述银行账户
    class BankAccount: 
        def printInfo(self):
            print('BankAccount-info')  
    
    #定义一个类 Occupation，描述职业
    class Occupation:
        def printInfo(self):
            print('Occupation-info') 
    
    #定义一个类 Person,继承自类 BankAccount 和 BankAccount      
    class Person(Occupation,BankAccount):
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
    
        def printPersonInfo(self):
            print('person-info')
    
    #创建一个子类对象
    temp = Person('Wu-Jing',38)
    #调用父类中的函数
    temp.printInfo()

执行结果：

Occupation-info

很明显，根据定义顺序，优先调用父类 Occupation 中的 printInfo()。

### 函数的重写 ###

一些场景下，从父类继承来的函数并不能完全满足需求，需要在子类中对其进行修改，这就是重写的概念：在子类中重写父类中的函数，当子类对象调用该名称的函数时，会调用子类中重写的函数，父类中的同名函数将被覆盖。

实例如下：

#定义一个类Occupation，描述职业
    class Occupation:
        #定义构造函数
        def __init__(self,salary,industry):
            self.salary = salary
            self.industry = industry
        def printInfo(self):
            print('salary:%d, industry:%s}'%(self.salary,self.industry)) 
    
    #定义一个简单的类Person,继承自类Occupation     
    class Person(Occupation):
        def __init__(self,name,age):
            self.name = name
            self.age = age  
        #定义一个函数：打印类实例的基本信息    
        def printInfo(self):
            print('name:%s, age:%d'%(self.name,self.age))
            print('salary:%d, industry:%s'%(self.salary,self.industry))
    
    #创建一个子类对象
    temp = Person('Wu-Jing',38)
    #访问父类的数据成员
    temp.salary = 21000
    temp.industry = "IT"
    #分别调用函数printInfo()
    temp.printInfo()

执行结果：

name:Wu-Jing, age:38
    salary:21000, industry:IT

### 私有属性与私有方法 ###

前面几节的实例中，类的属性和函数都是“公有”的，可以通过类对象直接访问。但是，在某些场景下，我们并不希望对外暴露类的内部细节，为了限制外部访问，我们可以将对应的属性和函数设置为私有。将类的属性和函数设置为私有的一般形式为以下两种。

**1.定义私有属性**

`__attribute`：属性名前面加两个下划线，即声明该属性为私有，不能在类的外部直接访问，在类内部访问时用 `self.__attribute`。

**2.定义私有函数**

`__function`：函数名前面加两个下划线，即声明该函数为私有，不能在类的外部直接访问，在类内部访问时用 `self.__ function`。

实例如下：

#定义一个简单的类，描述一个人的基本信息        
    class Person:
        #定义两个私有属性name,age
        def __init__(self,name,age):
            self.__name = name
            self.__age = age  
        #定义公有函数，在类外部可以访问    
        def getName(self):
            self.__fun()
            return self.__name
        def getAge(self):
            return self.__age
        #定义一个私有函数，只能在类内部使用
        def __fun(self):
            print('hello')
    
    #实例化
    p1 = Person("Zhang San",12)
    #访问类的私有属性和私有函数，将会报错
    print("name:",p1.__age)
    print("age:",p1.__name)
    p1.__fun()

对于私有属性和私有函数，如果需要在类外访问，可以通过公有函数实现，这与 Java 和 C++ 是一致的。

如下实例：

执行结果：

hello
    name: Zhang San