Python进阶教程

Python的进阶课程《python进阶》教程的笔记。
本课程主要介绍了Python的高阶使用，比如高阶函数，类等高级特性。

1-1 课程介绍

通过学习可以：

1. 掌握函数式编程
2. 掌握面向对象编程
3. 能够编写模块化的程序

2-1 函数式编程简介

函数式：functional，是一种编程范式。
函数式编程是一种抽象计算的编程模式。

语言层次	语言	贴近
高	Python——>函数式编程	计算
	c语言 ——>函数
	汇编语言
低	计算机硬件——>指令	计算机

函数式编程特点：

• 把计算视为函数而非指令。
• 纯函数式编程：不需要变量，没有副作用(执行多少次结果都一样)，测试简单。
• 支持高阶函数，代码简洁。

Python支持的函数式编程：

• 不是纯函数式编程：因为允许有变量。
• 支持高阶函数：函数也可以作为变量传入。
• 支持闭包：有了闭包就能返回函数。
• 有限度的支持匿名函数。

2-2 高阶函数

变量可以指向函数。
函数名就是指向函数的变量。
高阶函数：能接收函数作为参数的函数。

2-3 把函数作为参数

2-4 map()函数

map()是 Python 内置的高阶函数

它接收一个函数 f 和一个 list，并通过把函数 f 依次作用在 list 的每个元素上，得到一个新的 list 并返回。

例如，对于list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
如果希望把list的每个元素都作平方，就可以用map()函数：

[图片来源于慕课网此教程]
因此，我们只需要传入函数f(x)=x*x，就可以利用map()函数完成这个计算：

def f(x):
    return x*x
print map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

#输出结果：
[1, 4, 9, 10, 25, 36, 49, 64, 81]

注意：map()函数不改变原有的 list，而是返回一个新的 list。

利用map()函数，可以把一个 list 转换为另一个 list，只需要传入转换函数。
由于list包含的元素可以是任何类型，因此，map() 不仅仅可以处理只包含数值的 list，事实上它可以处理包含任意类型的 list，只要传入的函数f可以处理这种数据类型。

2-5 reduce()函数

reduce()函数也是Python内置的一个高阶函数

reduce()函数接收的参数和 map()类似，一个函数 f，一个list，但行为和 map()不同， reduce()传入的函数 f 必须接收两个参数，reduce()对list的每个元素反复调用函数f，并返回最终结果值。

例如，编写一个f函数，接收x和y，返回x和y的和：

def f(x, y):
    return x + y

调用reduce(f, [1, 3, 5, 7, 9])时，reduce函数将做如下计算：

先计算头两个元素：f(1, 3)，结果为4；
再把结果和第3个元素计算：f(4, 5)，结果为9；
再把结果和第4个元素计算：f(9, 7)，结果为16；
再把结果和第5个元素计算：f(16, 9)，结果为25；
由于没有更多的元素了，计算结束，返回结果25。

上述计算实际上是对 list 的所有元素求和。虽然Python内置了求和函数sum()，但是，利用reduce()求和也很简单。
reduce()还可以接收第3个可选参数，作为计算的初始值。如果把初始值设为100，结果就是125，因为第一轮的计算是：计算初始值和第一个元素：f(100, 1)，结果为101。

2-6 filter()函数

filter()函数是 Python 内置的另一个有用的高阶函数

filter()函数接收一个函数 f 和一个list，这个函数 f 的作用是对每个元素进行判断，返回 True或 False，filter()根据判断结果自动过滤掉不符合条件的元素，返回由符合条件元素组成的新list。

例如，要从一个list [1, 4, 6, 7, 9, 12, 17]中删除偶数，保留奇数，首先，要编写一个判断奇数的函数：

def is_odd(x):
    return x % 2 == 1

然后，利用filter()过滤掉偶数：

filter(is_odd, [1, 4, 6, 7, 9, 12, 17])
#结果：[1, 7, 9, 17]

利用filter()，可以完成很多有用的功能，例如，删除 None 或者空字符串：

def is_not_empty(s):
    return s and len(s.strip()) > 0
filter(is_not_empty, ['test', None, '', 'str', '  ', 'END'])
#结果：['test', 'str', 'END']

注意: s.strip(rm) 删除 s 字符串中开头、结尾处的 rm 序列的字符。
当rm为空时，默认删除空白符（包括’\n’, ‘\r’, ‘\t’, ’ ‘)，如下：

a = '     123'
a.strip()
#结果： '123'

a='\t\t123\r\n'
a.strip()
#结果：'123'

2-7 自定义排序函数

Python内置的 sorted()函数可对list进行排序：

>>>sorted([36, 5, 12, 9, 21])
[5, 9, 12, 21, 36]

sorted()也是一个高阶函数

它可以接收一个比较函数来实现自定义排序， 比较函数的定义是，传入两个待比较的元素 x, y，如果 x 应该排在 y 的前面，返回 -1，如果 x 应该排在 y 的后面，返回 1。如果 x 和 y 相等，返回 0。

注意：这里的比较函数是第二个参数，第一个参数是list。

因此，如果我们要实现倒序排序，只需要编写一个reversed_cmp函数：

def reversed_cmp(x, y):
    if x > y:
        return -1
    if x < y:
        return 1
    return 0

这样，调用 sorted() 并传入 reversed_cmp 就可以实现倒序排序：

>>> sorted([36, 5, 12, 9, 21], reversed_cmp)
[36, 21, 12, 9, 5]

sorted()也可以对字符串进行排序，字符串默认按照ASCII大小来比较。

2-8 返回函数

Python的函数不但可以返回int、str、list、dict等数据类型，还可以返回函数！

例如，定义一个函数 f()，我们让它返回一个函数 g，可以这样写：

def f():
    print 'call f()...'
    # 定义函数g:
    def g():
        print 'call g()...'
    # 返回函数g:
    return g

上面的函数定义，我们在函数 f 内部又定义了一个函数 g。由于函数 g 也是一个对象，函数名 g 就是指向函数 g 的变量，所以，最外层函数 f 可以返回变量 g，也就是函数 g 本身。

调用函数 f，我们会得到 f 返回的一个函数：

>>> x = f()   # 调用f()
call f()...
>>> x   # 变量x是f()返回的函数：
0x1037bf320>
>>> x()   # x指向函数，因此可以调用
call g()...   # 调用x()就是执行g()函数定义的代码

#请注意区分返回函数和返回值：
def myabs():
    return abs   # 返回函数
def myabs2(x):
    return abs(x)   # 返回函数调用的结果，返回值是一个数值

返回函数可以把一些计算延迟执行。
例如，如果定义一个普通的求和函数：

def calc_sum(lst):
    return sum(lst)
#调用calc_sum()函数时，将立刻计算并得到结果：
>>> calc_sum([1, 2, 3, 4])
10

但是，如果返回一个函数，就可以“延迟计算”：

def calc_sum(lst):
    def lazy_sum():
        return sum(lst)
    return lazy_sum
# 调用calc_sum()并没有计算出结果，而是返回函数:

>>> f = calc_sum([1, 2, 3, 4])
>>> f
0x1037bfaa0>
# 对返回的函数进行调用时，才计算出结果:

>>> f()
10

由于可以返回函数，我们在后续代码里就可以决定到底要不要调用该函数。

2-9 闭包

在函数内部定义的函数和外部定义的函数是一样的，只是他们无法被外部访问。
注意: 如果内部函数引用了外部函数的变量，那就没办法把内部函数拿到外部定义。

闭包：

这种内层函数引用了外层函数的变量（参数也算变量），然后返回内层函数的情况，称为闭包（Closure）。

闭包的特点：是返回的函数还引用了外层函数的局部变量，所以，要正确使用闭包，就要确保引用的局部变量在函数返回后不能变。举例如下：

# 希望一次返回3个函数，分别计算1x1,2x2,3x3:
def count():
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        def f():
             return i*i
        fs.append(f)
    return fs

f1, f2, f3 = count()

你可能认为调用f1()，f2()和f3()结果应该是1，4，9，但实际结果全部都是 9（请自己动手验证）。
原因就是当count()函数返回了3个函数时，这3个函数所引用的变量 i 的值已经变成了3。由于f1、f2、f3并没有被调用，所以，此时他们并未计算 i*i，当 f1 被调用时：

>>> f1()
9     # 因为f1现在才计算i*i，但现在i的值已经变为3

因此，返回函数不要引用任何循环变量，或者后续会发生变化的变量。

2-10 匿名函数

高阶函数可以接收函数做参数，有些时候，我们不需要显式地定义函数，直接传入匿名函数更方便。
在Python中，对匿名函数提供了有限支持。还是以map()函数为例，计算 f(x)=x2 时，除了定义一个f(x)的函数外，还可以直接传入匿名函数：

>>> map(lambda x: x * x, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

通过对比可以看出，匿名函数 lambda x: x * x 实际上就是：

def f(x):
    return x * x

关键字lambda表示匿名函数，冒号前面的x 表示函数参数。
匿名函数有个限制，就是只能有一个表达式，不写return，返回值就是该表达式的结果。

使用匿名函数可以简化代码：

>>> sorted([1, 3, 9, 5, 0], lambda x,y: -cmp(x,y))
[9, 5, 3, 1, 0]

#返回函数的时候，也可以返回匿名函数：
>>> myabs = lambda x: -x if x < 0 else x 
>>> myabs(-1)
1
>>> myabs(1)
1

2-11 decorator装饰器

装饰器：

定义一个函数，想在运行时动态的增加功能，不想改函数本身。

装饰器就是利用了高阶函数：使用函数作为参数，对其进行包装，然后返回一个新函数。

def f1(x):
    return x*2

def new_fn(f): # 这个就是装饰器函数
    def fn(x):
        print 'this is new function'
        print 'call'+f.__name__+'()' # display the name??
        return f(x)
    return fn

# 调用一
g1 = new_fn(f1)
print g1(5)

# 调用二, 这个方法隐藏了f1的基础实现。[函数名本身也是变量，可以赋值]
f1 = new_fn(f1)
print f1(5)

Python内置的@语法简化了装饰器的调用：

#注意此时某处应该已经定义了new_fn(f)函数
@new_fn
def f1(x):
    return x*2

# 等同与
def f1(x):
    return x*2

f1 = new_fn(f1)

装饰器的作用，简化python代码：

• 打印日志：@log
• 检测性能：@performance
• 数据库事务：@transaction
• URL路由：@post(‘/register’)

2-12 编写无参数的decorator

Python的 decorator 本质上就是一个高阶函数，它接收一个函数作为参数，然后，返回一个新函数。
使用decorator高阶函数，由于参数的个数是定死的，对于不同个数的函数不适用。
要让 @log 自适应任何参数定义的函数，可以利用Python的 *args 和 **kw，保证任意个数的参数总是能正常调用：

def log(f):
    def fn(*args, **kw):
        print 'call ' + f.__name__ + '()...'
        return f(*args, **kw)   # *是解list，**是解dict
    return fn

#请编写一个@performance，它可以打印出函数调用的时间。
#计算函数调用的时间可以记录调用前后的当前时间戳，然后计算两个时间戳的差。

import time

def performance(f):
    def new_f(*args, **kw):
        t1 = time.time()
        t = f(*args,**kw)
        t2 = time.time()
        print 'call %s() in %fs' % (f.__name__,(t2-t1))
        return t
    return new_f

@performance
def factorial(n):
    return reduce(lambda x,y: x*y, range(1, n+1))

print factorial(10)

2-13 编写带参数的decorator

对于不用的函数非常重要，希望打印出’[INFO] call xxx()…’，有的函数不太重要，希望打印出’[DEBUG] call xxx()…’，这时，log函数本身就需要传入’INFO’或’DEBUG’这样的参数，类似这样：

@log('DEBUG')
def my_func():
    pass

把上面的定义翻译成高阶函数的调用，就是：
my_func = log('DEBUG')(my_func)
上面的语句看上去还是比较绕，再展开一下：
log_decorator = log('DEBUG')
my_func = log_decorator(my_func)
上面的语句又相当于：

log_decorator = log('DEBUG')
@log_decorator
def my_func():
    pass

所以，带参数的log函数首先返回一个decorator函数，再让这个decorator函数接收my_func并返回新函数：

def log(prefix):
    def log_decorator(f):
        def wrapper(*args, **kw):
            print '[%s] %s()...' % (prefix, f.__name__)
            return f(*args, **kw)
        return wrapper
    return log_decorator

@log('DEBUG')
def test():
    pass
print test()

#执行结果：
[DEBUG] test()...
None

##完善之前的code，给@performace增加一个参数，允许传入's'或'ms'

import time

def performance(unit):
    def f1(f):
        def f2(*args, **kw):
            t1 = time.time()
            t = f(*args, **kw)
            t2 = time.time()
            times = (t2-t1)*1000 if unit=='ms' else (t2-t1)

            print 'call %s() in %f %s' % (f.__name__,times,unit)
            return t
        return f2
    return f1

@performance('ms')
def factorial(n):
    return reduce(lambda x,y: x*y, range(1, n+1))

print factorial(10)

2-14 完善decorator

@decorator可以动态实现函数功能的增加，但是，经过@decorator“改造”后的函数，和原函数相比，除了功能多一点外，还有一些其他的不同。
比如：函数名的改变：

#decorator的情况下，再打印函数名：
def log(f):
    def wrapper(*args, **kw):
        print 'call...'
        return f(*args, **kw)
    return wrapper
@log
def f2(x):
    pass
print f2.__name__
#输出： wrapper

可见，由于decorator返回的新函数函数名已经不是’f2’，而是@log内部定义的’wrapper’。这对于那些依赖函数名的代码就会失效。decorator还改变了函数的doc等其它属性。如果要让调用者看不出一个函数经过了@decorator的“改造”，就需要把原函数的一些属性复制到新函数中：

def log(f):
    def wrapper(*args, **kw):
        print 'call...'
        return f(*args, **kw)
    wrapper.__name__ = f.__name__
    wrapper.__doc__ = f.__doc__
    return wrapper

这样写decorator很不方便，因为我们也很难把原函数的所有必要属性都一个一个复制到新函数上，所以Python内置的functools可以用来自动化完成这个“复制”的任务：

import functools
def log(f):
    @functools.wraps(f)
    def wrapper(*args, **kw):
        print 'call...'
        return f(*args, **kw)
    return wrapper

最后需要指出，由于我们把原函数签名改成了(*args, **kw)，因此，无法获得原函数的原始参数信息。

# 使用了functools工具进行复制函数信息

import time, functools

def performance(unit):
    def f1(f):
        @functools.wraps(f)
        def f2(*args, **kw):
            t1 = time.time()
            t = f(*args,**kw)
            t2 = time.time()

            times = (t2-t1)*1000 if unit == 'ms' else (t2-t1)
            print 'call %s %f %s' % (f.__name__,times,unit)
            return t
        return f2
    return f1

@performance('ms')
def factorial(n):
    return reduce(lambda x,y: x*y, range(1, n+1))

print factorial.__name__

2-15 偏函数

当一个函数有很多参数时，调用者就需要提供多个参数。如果减少参数个数，就可以简化调用者的负担。
比如，int()函数可以把字符串转换为整数，当仅传入字符串时，int()函数默认按十进制转换：

>>> int('12345')
12345

但int()函数还提供额外的base参数，默认值为10。如果传入base参数，就可以做 N 进制的转换：

>>> int('12345', base=8)
5349
>>> int('12345', 16)
74565

假设要转换大量的二进制字符串，每次都传入int(x, base=2)非常麻烦，于是，我们想到，可以定义一个int2()的函数，默认把base=2传进去：

def int2(x, base=2):
    return int(x, base)

这样，我们转换二进制就非常方便了：

>>> int2('1000000')
64
>>> int2('1010101')
85

functools.partial就是帮助我们创建一个偏函数的，不需要我们自己定义int2()，可以直接使用下面的代码创建一个新的函数int2：

>>> import functools
>>> int2 = functools.partial(int, base=2)
>>> int2('1000000')
64
>>> int2('1010101')
85

所以，functools.partial可以把一个参数多的函数变成一个参数少的新函数，少的参数需要在创建时指定默认值，这样，新函数调用的难度就降低了。

# 修改2-10的函数。
# 请用functools.partial把这个复杂调用变成一个简单的函数。

import functools

# my answer
def so(s1,s2):
    s1=s1.lower()
    s2=s2.lower()
    if s1 < s2:
        return -1
    elif s1 > s2:
        return 1
    else:
        return 0

sorted_ignore_case = functools.partial(sorted, cmp=so)

# the answer :
sorted_ignore_case = functools.partial(sorted, cmp=lambda s1,s2: cmp(s1.lower(),s2.lower()))

print sorted_ignore_case(['bob', 'about', 'Zoo', 'Credit'])

3-1 模块和包的概念

代码多的时候，分成不同的文件。每个文件是一个模块，模块名就是文件名。
如何引用其他的文件：自身的模块名是：#test.py；想引用math模块：import math；调用math模块的函数：print math.pow(2,10)。
模块多了，容易模块名冲突：解决方案：放入不同的包中。如果重名，引用的包名需要加上完整的模块名：如p1.util。前面的是包名，后面的是文件名。调用的时候也要写全模块名。
在文件系统中：包是一个文件夹，模块就是.py文件。
区分包和普通的目录是包下有一个__init__.py文件。每层都必须有。

3-2 导入模块

要使用一个模块，我们必须首先导入该模块。Python使用import语句导入一个模块。例如，导入系统自带的模块 math：import math
可以认为math就是一个指向已导入模块的变量，通过该变量，我们可以访问math模块中所定义的所有公开的函数、变量和类：

>>> math.pow(2, 0.5) # pow是函数
1.4142135623730951

>>> math.pi # pi是变量
3.141592653589793

如果我们只希望导入用到的math模块的某几个函数，而不是所有函数，可以用下面的语句：from math import pow, sin, log
这样，可以直接引用 pow, sin, log 这3个函数，但math的其他函数没有导入进来：

>>> pow(2, 10)
1024.0
>>> sin(3.14)
0.0015926529164868282

如果导入的模块存在冲突，使用import导入不会引起冲突。使用from…import 一定会引起冲突。这是可以给函数起一个别名避免冲突：

from math import log
from logging import log as logger   # logging的log现在变成了logger
print log(10)   # 调用的是math的log
logger(10, 'import from logging')   # 调用的是logging的log

Python的os.path模块提供了 isdir() 和 isfile()函数判断指定的目录和文件是否存在。

3-3 动态导入模块

如果导入的模块不存在，Python解释器会报 ImportError 错误：

>>> import something
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
ImportError: No module named something

有的时候，两个不同的模块提供了相同的功能，比如 StringIO 和 cStringIO 都提供了StringIO这个功能。
这是因为Python是动态语言，解释执行，因此Python代码运行速度慢。
如果要提高Python代码的运行速度，最简单的方法是把某些关键函数用C语言重写，这样就能大大提高执行速度。
同样的功能，StringIO 是纯Python代码编写的，而 cStringIO 部分函数是 C 写的，因此 cStringIO 运行速度更快。
利用ImportError错误，我们经常在Python中动态导入模块：

try:
    from cStringIO import StringIO
except ImportError:
    from StringIO import StringIO

上述代码先尝试从cStringIO导入，如果失败了（比如cStringIO没有被安装），再尝试从StringIO导入。这样，如果cStringIO模块存在，则我们将获得更快的运行速度，如果cStringIO不存在，则顶多代码运行速度会变慢，但不会影响代码的正常执行。
try 的作用是捕获错误，并在捕获到指定错误时执行 except 语句。

3-4 使用__future__

Python的新版本会引入新的功能，但是，实际上这些功能在上一个老版本中就已经存在了。要“试用”某一新的特性，就可以通过导入__future__模块的某些功能来实现。
例如，Python 2.7的整数除法运算结果仍是整数：

>>> 10 / 3
3

但是，Python 3.x已经改进了整数的除法运算，“/”除将得到浮点数，“//”除才仍是整数：

>>> 10 / 3
3.3333333333333335
>>> 10 // 3
3

要在Python 2.7中引入3.x的除法规则，导入future的division：

>>> from __future__ import division
>>> print 10 / 3
3.3333333333333335

当新版本的一个特性与旧版本不兼容时，该特性将会在旧版本中添加到future中，以便旧的代码能在旧版本中测试新特性。

3-5 安装第三方模块

Python提供的模块管理工具

• easy_install
• pip (推荐，已内置到Python2.7.9)

4-1 面向对象编程

面向对象编程是一种程序设计范式，把程序看成是不同对象的相调用。
面向对象编程的基本思想：类和实例。
python使用class创建类。

class Person:
    pass

xiaoming = Person()
xianghong = Person()

4-2 定义类并创建实例

在Python中，类通过 class 关键字定义。以 Person 为例，定义一个Person类如下：

class Person(object):
    pass

按照 Python 的编程习惯，类名以大写字母开头，紧接着是(object)，表示该类是从哪个类继承下来的。从object类继承。
有了Person类的定义，就可以创建出具体的xiaoming、xiaohong等实例。创建实例使用 类名+()，类似函数调用的形式创建。

4-3 创建实例属性

实例的指向是地址的
由于Python是动态语言，对每一个实例，都可以直接给他们的属性赋值，例如，给xiaoming这个实例加上name、gender和birth属性：

xiaoming = Person()
xiaoming.name = 'Xiao Ming'
xiaoming.gender = 'Male'
xiaoming.birth = '1990-1-1'

#给xiaohong加上的属性不一定要和xiaoming相同：
xiaohong = Person()
xiaohong.name = 'Xiao Hong'
xiaohong.school = 'No. 1 High School'
xiaohong.grade = 2

#实例的属性可以像普通变量一样进行操作：
xiaohong.grade = xiaohong.grade + 1

除了可以直接使用self.name = ‘xxx’设置一个属性外，还可以通过 setattr(self, 'name', 'xxx') 设置属性。

4-4 初始化实例属性

在定义 Person 类时，可以为Person类添加一个特殊的__init__()方法，当创建实例时，__init__()方法被自动调用，我们就能在此为每个实例都统一加上以下属性：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender, birth):
        self.name = name
        self.gender = gender
        self.birth = birth

__init__() 方法的第一个参数必须是 self（也可以用别的名字，但建议使用习惯用法），后续参数则可以自由指定，和定义函数没有任何区别。
相应地，创建实例时，就必须要提供除 self 以外的参数：

xiaoming = Person('Xiao Ming', 'Male', '1991-1-1')
xiaohong = Person('Xiao Hong', 'Female', '1992-2-2')

有了__init__()方法，每个Person实例在创建时，都会有 name、gender 和 birth 这3个属性，并且，被赋予不同的属性值，访问属性使用.操作符。

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender, birth, **kw):
        self.name=name
        self.gender=gender
        self.birth=birth
        for k,v in kw.iteritems():
            setattr(self,k,v)

xiaoming = Person('Xiao Ming', 'Male', '1990-1-1', job='Student')

print xiaoming.name
print xiaoming.job

4-5 访问控制

Python对属性权限的控制是通过属性名来实现的，如果一个属性由双下划线开头()，该属性就无法被外部访问__。

class Person(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self._title = 'Mr'
        self.__job = 'Student'
p = Person('Bob')
print p.name
# => Bob
print p._title
# => Mr
print p.__job
# => Error
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
AttributeError: 'Person' object has no attribute '__job'

如果一个属性以”__xxx__”的形式定义，那它又可以被外部访问了，以”__xxx__”定义的属性在Python的类中被称为特殊属性，有很多预定义的特殊属性可以使用，通常我们不要把普通属性用”__xxx__”定义。
以单下划线开头的属性”_xxx”虽然也可以被外部访问，但是，按照习惯，他们不应该被外部访问。

4-6 创建类属性

类是模板，而实例则是根据类创建的对象。
绑定在一个实例上的属性不会影响其他实例，但是，类本身也是一个对象，如果在类上绑定一个属性，则所有实例都可以访问类的属性，并且，所有实例访问的类属性都是同一个！也就是说，实例属性每个实例各自拥有，互相独立，而类属性有且只有一份。
定义类属性可以直接在 class 中定义：

class Person(object):
    address = 'Earth'
    def __init__(self, name):
        self.name = name

#因为类属性是直接绑定在类上的，所以，访问类属性不需要创建实例，就可以直接访问：
print Person.address
# => Earth

#对一个实例调用类的属性也是可以访问的，所有实例都可以访问到它所属的类的属性：
p1 = Person('Bob')
p2 = Person('Alice')
print p1.address
# => Earth
print p2.address
# => Earth

#由于Python是动态语言，类属性也是可以动态添加和修改的：
Person.address = 'China'
print p1.address
# => 'China'
print p2.address
# => 'China'

# 使用
class Person(object):
    count=0
    def __init__(self,name):
        self.name=name
        Person.count=Person.count+1

p1 = Person('Bob')
print Person.count
# 1
p2 = Person('Alice')
print Person.count
# 2
p3 = Person('Tim')
print Person.count
# 3

4-7 类属性和实例属性名冲突怎么办

修改类属性会导致所有实例访问到的类属性全部都受影响，但是，如果在实例变量上修改类属性会发生什么问题呢？

class Person(object):
    address = 'Earth'
    def __init__(self, name):
        self.name = name

p1 = Person('Bob')
p2 = Person('Alice')

print 'Person.address = ' + Person.address

p1.address = 'China'
print 'p1.address = ' + p1.address

print 'Person.address = ' + Person.address
print 'p2.address = ' + p2.address


#结果如下：
Person.address = Earth
p1.address = China
Person.address = Earth
p2.address = Earth

我们发现，在设置了 p1.address = ‘China’ 后，p1访问 address 确实变成了 ‘China’，但是，Person.address和p2.address仍然是’Earch’，怎么回事？
原因是 p1.address = ‘China’并没有改变 Person 的 address，而是给 p1这个实例绑定了实例属性address ，对p1来说，它有一个实例属性address（值是’China’），而它所属的类Person也有一个类属性address，所以:
访问 p1.address 时，优先查找实例属性，返回’China’。
访问 p2.address 时，p2没有实例属性address，但是有类属性address，因此返回’Earth’。
可见，当实例属性和类属性重名时，实例属性优先级高，它将屏蔽掉对类属性的访问。
当我们把 p1 的 address 实例属性删除后，访问 p1.address 就又返回类属性的值 ‘Earth’了：

del p1.address
print p1.address
# => Earth

可见，千万不要在实例上修改类属性，它实际上并没有修改类属性，而是给实例绑定了一个实例属性。

把count改为私有__count，这样实例变量在外部无法修改__count。

4-8 定义实例方法

除了可以定义实例的属性外，还可以定义实例的方法。
实例的方法就是在类中定义的函数，它的第一个参数永远是 self，指向调用该方法的实例本身，其他参数和一个普通函数是完全一样的：

class Person(object):

    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

get_name(self) 就是一个实例方法，它的第一个参数是self。__init__(self, name)其实也可看做是一个特殊的实例方法。

调用实例方法必须在实例上调用：

p1 = Person('Bob')
print p1.get_name()  # self不需要显式传入
# => Bob

在实例方法内部，可以访问所有实例属性，这样，如果外部需要访问私有属性，可以通过方法调用获得，这种数据封装的形式除了能保护内部数据一致性外，还可以简化外部调用的难度。

4-9 方法也是属性

我们在 class 中定义的实例方法其实也是属性，它实际上是一个函数对象

class Person(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
    def get_grade(self):
        return 'A'

p1 = Person('Bob', 90)
print p1.get_grade
# => >
print p1.get_grade()
# => A

也就是说，p1.get_grade 返回的是一个函数对象，但这个函数是一个绑定到实例的函数，p1.get_grade() 才是方法调用。
因为方法也是一个属性，所以，它也可以动态地添加到实例上，只是需要用 types.MethodType() 把一个函数变为一个方法：

import types
def fn_get_grade(self):
    if self.score >= 80:
        return 'A'
    if self.score >= 60:
        return 'B'
    return 'C'

class Person(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
        #self.get_grade = lambda: 'A'

p1 = Person('Bob', 90)
p1.get_grade = types.MethodType(fn_get_grade, p1, Person)
print p1.get_grade()
# => A
p2 = Person('Alice', 65)
print p2.get_grade()
# ERROR: AttributeError: 'Person' object has no attribute 'get_grade'
# 因为p2实例并没有绑定get_grade

给一个实例动态添加方法并不常见，直接在class中定义要更直观。

4-10 定义类方法

和属性类似，方法也分实例方法和类方法。
在class中定义的全部是实例方法，实例方法第一个参数 self 是实例本身。
要在class中定义类方法，需要这么写：

class Person(object):
    count = 0
    @classmethod
    def how_many(cls):
        return cls.count
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        Person.count = Person.count + 1

print Person.how_many()
p1 = Person('Bob')
print Person.how_many()

通过标记一个 @classmethod，该方法将绑定到 Person 类上，而非类的实例。类方法的第一个参数将传入类本身，通常将参数名命名为 cls，上面的 cls.count 实际上相当于 Person.count。
因为是在类上调用，而非实例上调用，因此类方法无法获得任何实例变量，只能获得类的引用。

5-1 什么是继承

新类可以从现有的类继承，就自动拥有了现有类的所以功能。新类只需要编写现有类缺少的功能。

class Student(Person)
    pass
p = Person()
s = Student()

# p是一个Person，但不是一个Student
# s是一个Student，同时也是一个Person
# 一个子类同时也是一个父类

Python继承：

• 总是从某个类继承，如果没有合适的类，就需要从object类继承
• 不要忘记调用super().__init__

    def __init__(self,args):
        super(SubClass, self).__init__(args)
        pass

5-2 继承一个类

如果已经定义了Person类，需要定义新的Student和Teacher类时，可以直接从Person类继承：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

定义Student类时，只需要把额外的属性加上，例如score：

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score

一定要用super(Student, self).__init__(name, gender) 去初始化父类，否则，继承自 Person 的 Student 将没有 name 和 gender。

调用过程：

函数super(Student, self)将返回当前类继承的父类，即 Person ，然后调用__init__()方法， 注意self参数已在super()中传入，在__init__()中将隐式传递，不需要写出（也不能写）。

5-3 判断类型

函数isinstance()可以判断一个变量的类型，既可以用在Python内置的数据类型如str、list、dict，也可以用在我们自定义的类，它们本质上都是数据类型。

假设有如下的 Person、Student 和 Teacher 的定义及继承关系如下：

class Person(object):
    def __init__(self,name,gender):
        self.name=name
        self.gender=gender

class Student(Person):
    def __init__(self,name,gender,score):
        super(Student,self).__init__(name,gender)
        self.score=score

class Teacher(Person):
    def __init__(self,name,gender,course):
        super(Teacher,self).__init__(name,gender)
        self.course=course

p = Person('Tim','Male')
s = Student('Bob','Male',88)
t = Teacher('Alice','Female','English')

print isinstance(p,Person)
print isinstance(p,Student)
print isinstance(p,Teacher)
# True  False  False
print isinstance(s,Person)
print isinstance(s,Student)
print isinstance(s,Teacher)
# True True False
print isinstance(t,Person)
print isinstance(t,Student)
print isinstance(t,Teacher)
# True False True

在一条继承上，一个实例可以看成它本身的类型，也可以看成它父类的类型。

5-4 多态

类具有继承关系，并且子类类型可以向上转型看做父类类型，如果我们从 Person 派生出 Student和Teacher ，并都写了一个 whoAmI() 方法：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Person, my name is %s' % self.name

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Student, my name is %s' % self.name

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, gender, course):
        super(Teacher, self).__init__(name, gender)
        self.course = course
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Teacher, my name is %s' % self.name

#在一个函数中，如果我们接收一个变量 x，则无论该 x 是 Person、Student还是 Teacher，都可以正确打印出结果：

def who_am_i(x):
    print x.whoAmI()

p = Person('Tim', 'Male')
s = Student('Bob', 'Male', 88)
t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')

who_am_i(p)
who_am_i(s)
who_am_i(t)

#运行结果：
I am a Person, my name is Tim
I am a Student, my name is Bob
I am a Teacher, my name is Alice

这种行为称为多态。也就是说，方法调用将作用在 x 的实际类型上。s 是Student类型，它实际上拥有自己的 whoAmI()方法以及从 Person继承的 whoAmI方法，但调用 s.whoAmI()总是先查找它自身的定义，如果没有定义，则顺着继承链向上查找，直到在某个父类中找到为止。
由于Python是动态语言，所以，传递给函数 who_am_i(x)的参数 x 不一定是 Person 或 Person 的子类型。任何数据类型的实例都可以，只要它有一个whoAmI()的方法即可。
这是动态语言和静态语言（例如Java）最大的差别之一。动态语言调用实例方法，不检查类型，只要方法存在，参数正确，就可以调用。

Python提供了open()函数来打开一个磁盘文件，并返回 File 对象。File对象有一个read()方法可以读取文件内容。
例如，从文件读取内容并解析为JSON结果：

import json
f = open('/path/to/file.json', 'r')
print json.load(f)

5-5 多重继承

除了从一个父类继承外，Python允许从多个父类继承，称为多重继承。
多重继承的继承链就不是一棵树了，它像这样：

class A(object):
    def __init__(self, a):
        print 'init A...'
        self.a = a

class B(A):
    def __init__(self, a):
        super(B, self).__init__(a)
        print 'init B...'

class C(A):
    def __init__(self, a):
        super(C, self).__init__(a)
        print 'init C...'

class D(B, C):
    def __init__(self, a):
        super(D, self).__init__(a)
        print 'init D...'

如下图：

<>
[图片来源于慕课网此教程]
像这样，D 同时继承自 B 和 C，也就是 D 拥有了 A、B、C 的全部功能。多重继承通过 super()调用__init__()方法时，A 虽然被继承了两次，但__init__()只调用一次：
多重继承的目的是从两种继承树中分别选择并继承出子类，以便组合功能使用。

5-6 获取对象信息

拿到一个变量，除了用 isinstance() 判断它是否是某种类型的实例外，还可以用其他的方法获取到更多的信息。
首先可以用 type() 函数获取变量的类型，它返回一个 Type 对象：

>>> type(123)
'int'>
>>> s = Student('Bob', 'Male', 88)
>>> type(s)
<class '__main__.Student'>

其次，可以用 dir() 函数获取变量的所有属性：

>>> dir(123)   # 整数也有很多属性...
['__abs__', '__add__', '__and__', '__class__', '__cmp__', ...]

>>> dir(s)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', 
'__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'gender', 'name', 'score', 'whoAmI']

对于实例变量，dir()返回所有实例属性，包括__class__这类有特殊意义的属性。注意到方法whoAmI也是 s 的一个属性。

如何去掉__xxx__这类的特殊属性，只保留我们自己定义的属性？回顾一下filter()函数的用法。

def func(s):
    if(s[0]=='_' and s[1]=='_' and s[len(s)-1]=='_' and s[len(s)-2]=='_'    ):
        return False
    else:
        return True

print filter(func, dir(s))

dir()返回的属性是字符串列表，如果已知一个属性名称，要获取或者设置对象的属性，就需要用getattr() 和 setattr( )函数了：

>>> getattr(s, 'name')  # 获取name属性
'Bob'

>>> setattr(s, 'name', 'Adam')  # 设置新的name属性

>>> s.name
'Adam'

>>> getattr(s, 'age')  # 获取age属性，但是属性不存在，报错：
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

>>> getattr(s, 'age', 20)  # 获取age属性，如果属性不存在，就返回默认值20：
20

class Person(object):

    def __init__(self, name, gender, **kw):
        self.name=name
        self.gender=gender
        for k,v in kw.iteritems():
            setattr(self,k,v)

p = Person('Bob', 'Male', age=18, course='Python')
print p.age
print p.course

6-1 什么是特殊方法

输出list时，可以输出内容，但是输出类时，就是输出一个比较乱的字符串。
Python可以把任何变量变成一个str，是因为任何数据类型的实例都有一个特殊方法：__str__()，print其实就是调用此方法。此方法可以自己编写。
Python的特殊方法的特点：

• 特殊方法定义在class中
• 不需要直接调用
• Python中的某些函数或操作符会对用对应的特殊方法

6-2 __str__ 和__repr__

如果要把一个类的实例变成 str，就需要实现特殊方法__str__()：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender
    def __str__(self):
        return '(Person: %s, %s)' % (self.name, self.gender)

#现在，在交互式命令行下用 print 试试：
>>> p = Person('Bob', 'male')
>>> print p
(Person: Bob, male)

# 但是，如果直接敲变量 p：
>>> p
0x10c941890>

__str__() 不会被调用。
因为 Python 定义了__str__()和__repr__()两种方法，__str__()用于显示给用户，而__repr__()用于显示给开发人员。
有一个偷懒的定义__repr__的方法：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender
    def __str__(self):
        return '(Person: %s, %s)' % (self.name, self.gender)
    __repr__ = __str__

6-3 __cmp__

对 int、str 等内置数据类型排序时，Python的 sorted() 按照默认的比较函数 cmp 排序，但是，如果对一组 Student 类的实例排序时，就必须提供我们自己的特殊方法__cmp__()：

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
    def __str__(self):
        return '(%s: %s)' % (self.name, self.score)
    __repr__ = __str__

    def __cmp__(self, s):
        if self.name < s.name:
            return -1
        elif self.name > s.name:
            return 1
        else:
            return 0

上述 Student 类实现了__cmp__()方法，__cmp__用实例自身self和传入的实例 s 进行比较，如果 self 应该排在前面，就返回 -1，如果 s 应该排在前面，就返回1，如果两者相当，返回 0。
注意: 如果list不仅仅包含 Student 类，则 __cmp__ 可能会报错：

# Student的__cmp__方法，让它按照分数从高到底排序，分数相同的按名字排序。

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def __str__(self):
        return '(%s: %s)' % (self.name, self.score)

    __repr__ = __str__

    def __cmp__(self, s):
        if self.score > s.score:
            return -1
        elif self.score < s.score:
            return 1
        else:
            if self.name < s.name:
                return -1
            elif self.name > s.name:
                return 1
            else:
                return 0

L = [Student('Tim', 99), Student('Bob', 88), Student('Alice', 99)]
print sorted(L)

6-4 __len__

如果一个类表现得像一个list，要获取有多少个元素，就得用 len() 函数。要让 len() 函数工作正常，类必须提供一个特殊方法__len__()，它返回元素的个数。

#例如，我们写一个 Students 类，把名字传进去：

class Students(object):
    def __init__(self, *args):
        self.names = args
    def __len__(self):
        return len(self.names)

#只要正确实现了__len__()方法，就可以用len()函数返回Students实例的“长度”：
>>> ss = Students('Bob', 'Alice', 'Tim')
>>> print len(ss)
3

6-5 数学运算

Python 提供的基本数据类型 int、float 可以做整数和浮点的四则运算以及乘方等运算。
但是，四则运算不局限于int和float，还可以是有理数、矩阵等。

加法运算：__add__
减法运算：__sub__
乘法运算：__mul__
除法运算：__div__

要表示有理数，可以用一个Rational类来表示：

class Rational(object):
    def __init__(self, p, q):
        self.p = p
        self.q = q
#p、q 都是整数，表示有理数 p/q。

#如果要让Rational进行+运算，需要正确实现__add__：
class Rational(object):
    def __init__(self, p, q):
        self.p = p
        self.q = q
    def __add__(self, r):
        return Rational(self.p * r.q + self.q * r.p, self.q * r.q)
    def __str__(self):
        return '%s/%s' % (self.p, self.q)
    __repr__ = __str__

#现在可以试试有理数加法：
>>> r1 = Rational(1, 3)
>>> r2 = Rational(1, 2)
>>> print r1 + r2
5/6

# 实数的加减乘除

def gcd(a,b):
    if b==0:
        return a
    return gcd(b,a%b)

class Rational(object):
    def __init__(self, p, q):
        self.p = p
        self.q = q


    def __add__(self, r):
        t1 = self.p * r.q + self.q * r.p
        t2 = self.q * r.q
        t = gcd(t1,t2)
        t1 = t1/t
        t2 = t2/t
        return Rational(t1,t2)

    def __sub__(self, r):
        t1 = self.p*r.q-self.q*r.p
        t2 = self.q*r.q
        t = gcd(t1,t2)
        t1 = t1/t
        t2 = t2/t
        return Rational(t1,t2)

    def __mul__(self, r):
        t1 = self.p*r.p
        t2 = self.q*r.q
        t=gcd(t1,t2)
        t1=t1/t
        t2=t2/t
        return Rational(t1,t2)

    def __div__(self, r):
        t1 = self.p*r.q
        t2 = self.q*r.p
        t=gcd(t1,t2)
        t1=t1/t
        t2=t2/t
        return Rational(t1,t2)

    def __str__(self):
        return '(%s/%s)' % (self.p,self.q)

    __repr__ = __str__

r1 = Rational(1, 2)
r2 = Rational(1, 4)
print r1 + r2
print r1 - r2
print r1 * r2
print r1 / r2
#(3/4)
#(1/4)
#(1/8)
#(2/1)

6-6 类型转换

Rational类实现了有理数运算，但是，如果要把结果转为 int 或 float 怎么办？
考察整数和浮点数的转换：

>>> int(12.34)
12
>>> float(12)
12.0

#如果要把 Rational 转为 int，应该使用：
r = Rational(12, 5)
n = int(r)

要让int()函数正常工作，只需要实现特殊方法__int__():

class Rational(object):
    def __init__(self, p, q):
        self.p = p
        self.q = q
    def __int__(self):
        return self.p // self.q
结果如下：

>>> print int(Rational(7, 2))
3
>>> print int(Rational(1, 3))
0

同理，要让float()函数正常工作，只需要实现特殊方法__float__()。

6-7 @property

当我们想要修改一个类的属性时，可以直接修改实例的属性

s = Student('Bob', 59)
s.score = 60
#但是也可以这么写：
s.score = 1000

显然，直接给属性赋值无法检查分数的有效性。如果利用get/set方法来封装对一个属性的访问在许多面向对象编程的语言中都很常见。
同时可以检验设置的有效性。
但是写 s.get_score() 和 s.set_score() 没有直接写 s.score 来得直接。
有没有两全其美的方法？—-有。
因为Python支持高阶函数，在函数式编程中我们介绍了装饰器函数，可以用装饰器函数把 get/set 方法“装饰”成属性调用：

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.__score = score
    @property
    def score(self):
        return self.__score
    @score.setter
    def score(self, score):
        if score < 0 or score > 100:
            raise ValueError('invalid score')
        self.__score = score

注意: 第一个score(self)是get方法，用@property装饰，第二个score(self, score)是set方法，用 @score.setter 装饰，@score.setter是前一个@property装饰后的副产品。
现在，就可以像使用属性一样设置score了：

>>> s = Student('Bob', 59)
>>> s.score = 60
>>> print s.score
60
>>> s.score = 1000
Traceback (most recent call last):
  ...
ValueError: invalid score

说明对 score 赋值实际调用的是 set方法。
如果没有定义set方法，就不能对“属性”赋值，这时，就可以创建一个只读“属性”。用 @property 修饰 grade 的 get 方法即可实现只读属性。

6-8 __slots__

由于Python是动态语言，任何实例在运行期都可以动态地添加属性。
如果要限制添加的属性，例如，Student类只允许添加 name、gender和score 这3个属性，就可以利用Python的一个特殊的__slots__来实现。
顾名思义，slots是指一个类允许的属性列表：

class Student(object):
    __slots__ = ('name', 'gender', 'score')
    def __init__(self, name, gender, score):
        self.name = name
        self.gender = gender
        self.score = score

#现在，对实例进行操作：
>>> s = Student('Bob', 'male', 59)
>>> s.name = 'Tim' # OK
>>> s.score = 99 # OK
>>> s.grade = 'A'
Traceback (most recent call last):
  ...
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'grade'

__slots__的目的是限制当前类所能拥有的属性，如果不需要添加任意动态的属性，使用__slots__也能节省内存。
假设Person类通过slots定义了name和gender，请在派生类Student中通过slots继续添加score的定义，使Student类可以实现name、gender和score 3个属性。
在类的继承中，__slots__同样会被继承，所以在子类中的__slots__只需要包含Person类不包含的score属性即可。

6-9 __call__

在Python中，函数其实是一个对象：

>>> f = abs
>>> f.__name__
'abs'
>>> f(-123)
123

由于 f 可以被调用，所以，f 被称为可调用对象。
所有的函数都是可调用对象。
一个类实例也可以变成一个可调用对象，只需要实现一个特殊方法__call__()。
我们把 Person 类变成一个可调用对象：

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

    def __call__(self, friend):
        print 'My name is %s...' % self.name
        print 'My friend is %s...' % friend

#现在可以对 Person 实例直接调用：
>>> p = Person('Bob', 'male')
>>> p('Tim')
My name is Bob...
My friend is Tim...

单看 p(‘Tim’) 你无法确定 p 是一个函数还是一个类实例，所以，在Python中，函数也是对象，对象和函数的区别并不显著。

class Fib(object):
    def __call__(self, num):
        a, b, L = 0, 1, []
        for n in range(num):
            L.append(a)
            a, b = b, a + b
        return L

f = Fib()
print f(10)

7-1 课程总结

Python的函数式编程：

1. 高阶函数
2. 闭包
3. 匿名函数
4. 装饰器

Python的模块和包：

1. 避免名字冲突
2. 引用模块
3. __future__

Python的面向对象编程：

1. 类和实例
2. 属性和方法
3. 区分类属性和实例属性

类的继承：

1. 继承的概念和目的
2. 多态
3. 多重继承

定制类：

1. 定制类的目的
2. 特殊方法
3. 类型转换
4. __call__

下一步可以继续学习：

1. IO：文件和socket
2. 多任务：线程和进程
3. 数据库
4. Web开发