Python的面向对象（三大特性：封装，继承，多态，站和队列的封装，二叉树的封装，类方法和静态方法，单例模式以及实现的两种方式）

1.面向过程和面向对象：

面向过程编程：

面向对象编程：

2:类和对象：

 类（Class）是现实或思维世界中的实体在计算机中的反映，它将数据以及这些数据上的操作封装在一起。
 
 对象(Object)是具有类类型的变量。类和对象是面向对象编程技术中的最基本的概念。 

 类和对象 的区别就是 鱼和三文鱼 的区别; 就是 猫和蓝猫 的区别。即：类是相对抽象的概念，对象是对类具体的示例

类的定义： class 类(): pass

类转化为对象： 实例化：是指在面向对象的编程中，把用类创建对象的过程称为实例化。是将一个抽象的概念类，具体到该类实物的过程。实例化过程中一般由类名 对象名 = 类名（参数1，参数2…参数n）构成。

# 类(Class)
class Cat:
    # 属性：一般是名词，eg: name, age, gender.....
    name = 'name'
    kind = 'kind'
    # 方法: 一般情况是动词, eg: create, delete, eating, run......
    def eat(self):
        print('cat like eating fish.....')

# 对象(Object):对类的实例化(具体化)
fentiao = Cat()

print(Cat)  # 
print(fentiao) # <__main__.Cat object at 0x00E9FD70>

3:面相对象的三大特性：封装，继承，多态

3-1：封装特性：

 对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中，然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

# 类(Class)
class Cat:
    def __init__(self, name, kind):  # 形参
        """
        1. 构造方法，实例化对象时自动执行的方法
        2. self是什么? self实质上是实例化的对象
        3. 类方法中, python解释器会自动把对象作为参数传给self
        """
        print('正在执行__init__构造方法')
        print('self:', self)
        # 属性：一般是名词，eg: name, age, gender.....
        # 封装: self.name将对象和name属性封装/绑定
        self.name = name
        self.kind = kind
    # 方法: 一般情况是动词, eg: create, delete, eating, run......
    def eat(self):
        print('cat %s like eating fish.....' %(self.name))

# 对象(Object):对类的实例化(具体化)
fentiao = Cat("粉条", "美短虎斑")
print(fentiao.name)
print(fentiao.kind)
fentiao.eat() #cat 粉条 like eating fish.....

简单示例：

"""
创建一个类People,
拥有的属性为姓名， 性别和年龄，
拥有的方法为购物,玩游戏,学习;

实例化 对象,执行相应的方法。

显示如下:
小明,18岁,男,去西安赛格购物广场购物
小王,22岁,男,去西安赛格购物广场购物
小红,10岁,女,在学习

提示:
属性:name,age,gender
方法:shopping(), playGame(), learning()

"""

class People:
    def __init__(self, name, age, gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender

    def shopping(self):
        print(f'{self.name},{self.age}岁,{self.gender},去西安赛格购物广场购物 ')

    def learning(self):
        print(f'{self.name},{self.age}岁,{self.gender},在学习')

p1 = People('小明', 18, '男')
p2 = People('小王', 22, '男')
p3 = People('小红', 10, '女')

p1.shopping()
p2.shopping()
p3.learning()

3-2:继承特性：

3-2-1：

继承描述的是事物之间的所属关系,当我们定义一个class的时候,可以从某个现有的class 继承,新的class称为子类、扩展类(Subclass),
而被继承的class称为基类、父类或超类(Baseclass、Superclass)。

如何实现继承：
子类在继承的时候,在定义类时,小括号()中为父类的名字

继承的工作机制：
父类的属性、方法,会被继承给子类。 举例如下: 如果子类没有定义__init__方法,父类有,那么在子类继承父类的时候这个方法就被继承了,所以只要创建对象,就默认执行了那个继承过来的__init__方法。

注意： 重写父类方法: 就是子类中,有一个和父类相同名字的方法,在子类中的方法会覆盖掉父类中同名的方法。

class Student:
    """父类Student"""
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')

class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是Student"""
    pass

# 实例化
m1 = MathStudent("粉条博士", 8)
print(m1.name)
print(m1.age)
m1.learning()           # 不报错，子类里没有，但父类有该方法
# m1.choice_course()   # 报错, 子类里没有，父类也没有的方法

3-2-2：重写父类方法示例：

class Student:
    """父类Student"""
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')

    def choice_course(self):
        print('正在选课中'.center(50, '*'))

class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是Student"""
    def choice_course(self):
        # 需求: 先执行父类的choice_course方法， 在个性化执行自己的方法。
        # Student.choice_course(self)  # 解决方法1: 直接执行父类的方法，但不建议
        # 解决方法2： 通过super找到父类，再执行方法(建议且生产环境代码常用的方式)
        super(MathStudent, self).choice_course()
        info = """
                    课程表
            1. 高等数学
            2. 线性代数
            3. 概率论
        """
        print(info)

# 实例化
m1 = MathStudent("粉条博士", 8)
m1.choice_course()

s1 = Student("粉条博士", 8)
s1.choice_course()

3-3-3：多继承：

多继承理解：在python3均为新式类，继承时为广度优先算法；有多个父类时，先在所有的父类中继承，如若没有再去父类的父类中继承；

帮助理解： 没钱时，先去和父亲要，父亲没有去和母亲 要，母亲没有再去问父亲的父亲要；

"""
新式类: 广度优先算法
经典类： 深度优先算法(py2中的部分类属于经典类)

python3所有的类都属于新式类。新式类的继承算法是广度优先。

# 分析多继承的相关代码
>pip install djangorestframework
from rest_framework import viewsets
viewsets.ModelViewSet
"""

class D(object):
    def hello(self):
        print('D')
class C(D):
    # def hello(self):
    #     print('C')
    pass
class B(D):
    pass
    # def hello(self):
    #     print('B')
class A(B, C):
    pass
    # def hello(self):
    #     print('A')
a = A()
a.hello()

3-3-4：私有属性和私有方法

class Student:
    """父类Student"""
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        # 私有属性，以双下划线开头。
        # 工作机制: 类的外部(包括子类)不能访问和操作，类的内部可以访问和操作。
        self.__score = score

    def learning(self):
        print(f'{self.name}正在学习')

    def get_score(self):
        self.__modify_score()
        return  self.__score

    # 私有方法是以双下划线开头的方法,
    #工作机制: 类的外部(包括子类)不能访问和操作，类的内部可以访问和操作。
    def __modify_score(self):
        self.__score += 20

class MathStudent(Student):
    """MathStudent的父类是Student"""
    def get_score(self):
        self.__modify_score()
        return  self.__score

# 报错原因: 子类无法继承父类的私有属性和私有方法。
s1 = MathStudent('张三', 18, 100)
score = s1.get_score()
print(score)

4:练习示例：链表的封装:

参考链接 https://www.cnblogs.com/klyjb/p/11237361.html
数组: 需要连续的内存空间
链表: 不需要连续的内存空间
                数组              链表
增加元素        O(n)                O(1)
删除元素        O(n)                O(1)
修改元素        O(1)                O(n)
查看元素        O(1)                O(n)
"""

# 封装节点类
class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

    def travel(self, head):
        """遍历链表里面的每一个元素"""
        while head:
            print(head.val, end=' ')
            head = head.next

def create_l1():
    # l1 = 2,4,3
    # l2 = 5, 6, 4
    l1 = ListNode()
    node1 = ListNode(val=2)
    node2 = ListNode(val=4)
    node3 = ListNode(val=3)
    l1.next = node1
    node1.next = node2
    node2.next = node3
    return  l1.next

def create_l2():
    # l1 = 2,4,3
    # l2 = 5, 6, 4
    l2 = ListNode()
    node1 = ListNode(val=5)
    node2 = ListNode(val=6)
    node3 = ListNode(val=4)
    l2.next = node1
    node1.next = node2
    node2.next = node3
    return  l2.next

def addTwoNumbers(l1: ListNode, l2: ListNode):
    res = 0
    l3 = ListNode()
    cur = l3
    while(l1 or l2):
        if(l1):
            res += l1.val  # res=2
            l1 = l1.next
        if(l2):
            res += l2.val # res=2+5=7
            l2 = l2.next
        # res=10, val=0, res=>val val=res%10
        # res=14, val=4, 14%10=4
        l3.next = ListNode(res%10)
        l3 = l3.next
        # res=10, 进位为1， 10//10=1
        # res=14, 进位为1， 14//10=1
        res  //= 10
    if res == 1:
        l3.next = ListNode(1)
    return cur.next


if __name__ == '__main__':
    l1 = create_l1()
    l2 = create_l2()
    l3 = addTwoNumbers(l1, l2)
    l3.travel(l3)

执行结果：7 0 8

5:用列表进行栈的封装：

class Stack(object):
    """栈的封装[1, 2, 3, 4]"""

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

    def push(self, value):
        """入栈"""
        self.stack.append(value)
        print(f"入栈元素为{value}")

    def pop(self):
        """出栈"""
        if self.is_empty():
            raise  Exception("栈为空")
        item = self.stack.pop()
        print(f"出栈元素为{item}")
        return  item

    def is_empty(self):
        """判断栈是否为空"""
        return  len(self.stack) == 0

    def top(self):
        """返回栈顶元素"""
        if self.is_empty():
            raise  Exception("栈为空")
        return  self.stack[-1]

    def __len__(self):
        """魔术方法, len(object)自动执行的方法"""
        return  len(self.stack)

if __name__ == '__main__':
    stack = Stack()
    stack.push(1)
    stack.push(2)
    stack.push(3)
    print(len(stack))  # 3
    stack.pop()
    print(stack.is_empty()) # False
    print(stack.top())  # 2

6：用列表进行队列的封装：

class Queue(object):
    """
    队列的封装
    1. 列表的左侧队尾
    2. 列表的右侧队头
    """
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def enqueue(self, value):
        """入队"""
        self.queue.insert(0, value)
        print("入队元素为:", value)

    def dequeue(self):
        """出队"""
        if self.is_empty():
            raise  Exception("队列为空")
        item = self.queue.pop()
        print("出队元素:", item)
        return  item

    def __len__(self):
        """获取队列的长度"""
        return  len(self.queue)

    def first(self):
        """获取队头元素"""
        if self.is_empty():
            raise Exception("队列为空")
        return  self.queue[-1]


    def last(self):
        """获取队尾元素"""
        if self.is_empty():
            raise Exception("队列为空")
        return  self.queue[0]

    def is_empty(self):
        """判断队列是否为空"""
        return  len(self.queue) == 0


if __name__ == '__main__':
    queue = Queue()
    queue.enqueue(1)
    queue.enqueue(2)
    queue.enqueue(3)
    print(queue.is_empty()) # False
    queue.dequeue()  # 1出队， 队列只剩32
    print(queue.first())  # 2
    print(queue.last())  # 3

7：二叉树的封装（前，中，后序遍历）

"""
二叉树:
    https://www.cnblogs.com/polly333/p/4740355.html
"""

class Node(object):
    """节点类"""
    def __init__(self, val=None, left=None, right=None):
        self.val = val
        self.left = left
        self.right = right

class BinaryTree(object):
    """封装二叉树"""
    def __init__(self, root):
        self.root = root

    def pre_travel(self, root):
        """先序遍历: 根左右"""
        if (root != None):
            print(root.val)
            self.pre_travel(root.left)
            self.pre_travel(root.right)


    def in_travel(self, root):
        """中序遍历: 左根右"""
        if (root != None):
            self.in_travel(root.left)
            print(root.val)
            self.in_travel(root.right)

    def last_travel(self, root):
        """后序遍历: 左右根"""
        if (root != None):
            self.last_travel(root.left)
            self.last_travel(root.right)
            print(root.val)


if __name__ == '__main__':
    node1 = Node(1)
    node2 = Node(2)
    node3 = Node(3)
    node4 = Node(4)
    node5 = Node(5)
    node6 = Node(6)
    node7 = Node(7)
    node8 = Node(8)
    node9 = Node(9)
    node10 = Node(10)

    bt = BinaryTree(root=node1)
    node1.left = node2
    node1.right = node3
    node2.left = node4
    node2.right= node5
    node3.left = node6
    node3.right = node7
    node4.left = node8
    node4.right = node9
    node5.left = node10


   
    bt.pre_travel(node1)  # 1, 2, 4, 8, 9, 5, 10, 3, 6, 7
    bt.in_travel(node1)  # 8, 4, 9, 2, 10, 5, 1, 6, 3, 7
    bt.last_travel(node1)  # 8, 9, 4, 10, 5, 2, 6, 7, 3, 1
    

8.类方法, 实例方法, 静态方法：

"""
相关的源码:from datetime import  datetime
"""

class Student(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # 实例方法， python解释器会自动将对象/实例传入方法。
    def get_age(self):
        print('self:', self)
        return  self.age

    # 类方法:python解释器会自动将类传入方法。
    @classmethod
    def get_cls(cls):
        print('cls:', cls)

    # 静态方法:python解释器不会自动传入任何参数
    @staticmethod
    def get_info():
        print("static method信息")

if __name__ == '__main__':
    s = Student('张三', 18)
    s.get_age() # self: <__main__.Student object at 0x7fb091635080>
    s.get_cls() # cls: 
    s.get_info() # static method信息

class date(object):
    # 正常的方法: 将对象作为参数传给self
    def get_self(self):
        print('self:', self)

    # 类方法: 将类名作为参数传给cls
    @classmethod
    def get_cls(cls):
        print('cls:', cls)

    # 静态方法:不自动传递任何参数
    @staticmethod
    def get_static(name, age):
        print("静态方法", name, age)

d = date()
d.get_self() # self: <__main__.date object at 0x7f3e88b33390>
d.get_cls() #self: <__main__.date object at 0x7f3e88b33390>
d.get_static("张三", 18) # 静态方法 张三 18

9.property类属性及示例：

property类属性： 将类方法变为类属性，代码形式上就是在使用类方法时可以去掉（ ）；

"""
类属性应用需求: 对于京东商城中显示电脑主机的列表页面，每次请求不可能把数据库中的所有内容都显示到页面上，而是通过分页的功能局部显示，所以在向数据库中请求数据时就要显示的指定获取从第m条到第n条的所有数据 这个分页的功能包括：
- 根据用户请求的当前页和总数据条数计算出 m 和 n
- 根据m 和 n 去数据库中请求数据

from datetime import  datetime
"""

class Page(object):
    """
    [user1, user2, user3......user100]
    page=2, per_page=10
    第一页: start=0 end=10
    第二页: start=10 end=20
    第三页: start=20 end=30
    ....
    第page页: start=(page-1)*per_page end=page*per_page
    """
    def __init__(self, page, per_page=10):
        self.page = page
        self.per_page = per_page

    # 类属性: 将类方法变成类属性的过程。
    @property
    def start(self):
        return (self.page-1) * self.per_page

    @property
    def end(self):
        return  self.page * self.per_page

if __name__ == '__main__':
    goods = ['good'+str(i+1) for i in range(100)]
    page = Page(page=10, per_page=3)
    print(goods[page.start:page.end])  # ['good28', 'good29', 'good30']

class date(object):
    def __init__(self, year, month, day):
        # 私有属性
        self.__year = year
        self.__month = month
        self.__day = day

    # 将类方法object.year()转变成类属性object.year, 只是让代码更加简洁而已。
    @property
    def year(self):
        return  self.__year

today = date(2021, 2, 27)
print(today.year)

10：单例模式：

"""
什么是单例模式?
一个类只能实例化一个对象的设计模式称为单例模式。
"""

class People(object):
    pass

p1 = People()  # object
p2 = People()  # object
print(p1, p2)  # 每个对象的内存地址不同，肯定不是单例模式

实现单例模式的两种方法：

一：基于装饰器实现单例模式：

from functools import  wraps
def singleton(cls):
    # 通过一个字典存储类和对象信息{"Class":"object"}
    instances = {
     }
    @wraps(cls)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # 为了保证单例模式， 判断该类是否已经实例化为对象
        # 1. 如果有对象，直接返回存在的对象
        # 2. 如果没有则实例化对象， 并存储类和对象到字典中， 最后返回对象
        if instances.get(cls):
            return instances.get(cls)
        object = cls(*args, **kwargs)
        instances[cls] = object
        return  object
    return  wrapper

@singleton
class People(object):
    pass


p1 = People()
p2 = People()
print(p1, p2)
print(p1 is p2)  # 判断是否为单例模式(p1和p2内存地址是否相同)

二：基于new方法实现单例模式：

class People(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        """创建对象之前执行的内容"""
        if cls._instance is None:
            cls._instance = object.__new__(cls)
        return  cls._instance

    def __init__(self):
        """在new方法之后执行， 将属性和对象封装在一起"""
        print("正在执行构造方法init......")

p1 = People()
p2 = People()
print(p1, p2) #结果显示p1 , p2 地址相同； 即p1 is p2；