面向对象编程

OOP(Object Oriented Programming):OOP把对象作为程序的基本单元,一个对象包含了数据和操作数据的函数。

面向过程的程序设计把计算机程序视为一系列的命令集合,即一组函数的顺序执行。为了简化程序设计,面向过程把函数继续切分为子函数,即把大块函数通过切割成小块函数来降低系统的复杂度。

而面向对象的程序设计把计算机程序视为一组对象的集合,而每个对象都可以接收其他对象发过来的消息,并处理这些消息,计算机程序的执行就是一系列消息在各个对象之间传递。

我们知道在python里面 所有的数据类型都可以视为对象,我们自定义的对象数据类型就是class-类的概念。

举个例子:我们要处理学生的成绩表。

面向过程会怎么做,首先有2个dict分别表示 2个不同学生的成绩:

std1 ={ 'name': 'Michael', 'score':98}

std2 ={ 'name': 'Bob', 'score':81}

而处理学生成绩可以通过函数实现,比如打印学生的成绩:

def print_score(std):

    print('%s: %s' % (std['name'], std['score']))

面向对象:首先思考的不是程序的执行流程,而是Student这种数据类型应该被视为一个对象,它拥有name和score这两个属性(property)。如果想打印学生成绩,我们要先创建该学生的对象,然后给发个print_score的消息,让数据被对象自己打印。

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):

        self.name = name

        self.score = score

    def print_score(self):

        print('%s: %s' % (self.name, self.score))

给对象发消息实际上就是调用对象对应的关联函数,我们称之为对象的方法(Method)。面向对象的程序写出来就像这样:

bart = Student('Bart Simpson', 59)

lisa = Student('Lisa Simpson', 87)

bart.print_score()

lisa.print_score()

面向对象的设计思想是从自然界中来的,因为在自然界中,类(Class)和实例(Instance)的概念是很自然的。Class是一种抽象概念,比如我们定义的Class——Student,是指学生这个概念,而实例(Instance)则是一个个具体的Student,比如,Bart Simpson和Lisa Simpson是两个具体的Student。

所以,面向对象的设计思想是抽象出Class,根据Class创建Instance。

面向对象的抽象程度又比函数要高,因为一个Class既包含数据,又包含操作数据的方法。

1.类和实例:类是抽象的模板,实例是根据类创建出来的一个个具体的“对象”,每个对象都拥有相同的方法,但各自的数据可能不同。

仍然以Student类为例:

class Student(object):

    pass

定义类用关键词class,类名首字母大写,括号里是这个类是从哪个类里面继承下来的,没有继承关系的话,我们直接用(object),所有类都继承的类。

接着就是创建实例instance,直接用类名+()即可。

bart.name ='Bart Simpson'

如上 我们给实例bart加上属性name

由于类可以起到模板的作用,因此,可以在创建实例的时候,把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法,在创建实例的时候,就把name,score等属性绑上去:

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):

        self.name = name

        self.score = score

注意到__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在__init__方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。

和普通的函数相比,在类中定义的函数只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量self,并且,调用时,不用传递该参数。除此之外,类的方法和普通函数没有什么区别,所以,仍然可以用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。

面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。在上面的Student类中,每个实例就拥有各自的name和score这些数据。我们可以通过函数来访问这些数据,比如打印一个学生的成绩。但是,既然Student实例本身就拥有这些数据,要访问这些数据,就没有必要从外面的函数去访问,可以直接在Student类的内部定义访问数据的函数,这样,就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和Student类本身是关联起来的,我们称之为类的方法。

这样一来,我们从外部看Student类,就只需要知道,创建实例需要给出name和score,而如何打印,都是在Student类的内部定义的,这些数据和逻辑被“封装”起来了,调用很容易,但却不用知道内部实现的细节。

封装的另一个好处是可以给Student类增加新的方法,可以直接在实例变量上调用,不需要知道内部实现细节。

2.访问限制:在Class内部,可以有属性和方法,而外部代码可以通过直接调用实例变量的方法来操作数据,这样,就隐藏了内部的复杂逻辑。

在1里面的定义,外部代码还是可以修改实例里的属性,所以我们如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线__,在Python中,实例的变量名如果以__开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问,所以,我们把Student类改一改:

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):

        self.__name = name

        self.__score = score

    def print_score(self):

        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

改完后,对于外部代码来说,没什么变动,但是已经无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__score了。这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态,这样通过访问限制的保护,代码更加健壮。

但是如果外部代码要获取name和score怎么办?可以给Student类增加get_name和get_score这样的方法:

class Student(object):

    ...

    def get_name(self):

        return self.__name

    def get_score(self):

        return self.__score

    def set_score(self, score):  #允许外部代码修改score

         self.__score = score

这样的定义方法可以对参数进行检查,避免传入无效的参数。

def set_score(self, score):

    if 0 <= score <= 100:

        self.__score = score

    else:

        raise ValueError('bad score')

需要注意的是,在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量是可以直接访问的,不是private变量,所以,不能用__name__、__score__这样的变量名。

有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_name,这样的实例变量外部是可以访问的,但是,按照约定俗成的规定,当你看到这样的变量时,意思就是,“虽然我可以被访问,但是,请把我视为私有变量,不要随意访问”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢?其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name,所以,仍然可以通过_Student__name来访问__name变量:

>>> bart._Student__name   

'Bart Simpson'

但是强烈建议你不要这么干,因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。

总的来说就是,Python本身没有任何机制阻止你干坏事,一切全靠自觉。

3.继承与多态

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