Python语法基础之. Task10 类和对象(13-14/17)

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>


Tiger
Of course I can climb a tree...
I run faster than you guys...
You are a dead man…
unstoppable

'''
  • 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()		# 

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):
    
    .
    .
    .
    
  • 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):
    
    .
    .
    .
    

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

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.类属性类名.类属性进行调用。类里面,通过self.类属性类名.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': , 'printXY': , '__dict__': , '__weakref__': , '__doc__': None}

dd.setXY(4, 5)
print(dd.__dict__)
# {'x': 4, 'y': 5}

print(vars(CC))
# {'__module__': '__main__', 'setXY': , 'printXY': , '__dict__': , '__weakref__': , '__doc__': None}

print(CC.__dict__)
# {'__module__': '__main__', 'setXY': , 'printXY': , '__dict__': , '__weakref__': , '__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)

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