Python——— 面向对象

（一）初识面向对象

      Python完全采用了面向对象的思想，是真正面向对象的编程语言， 完全支持面向对象的基本功能，例如：继承、多态、封装等。 Python 支持面向过程、面向对象、函数式编程等多种编程范 式。

   Python 中，一切皆对象。我们在前面学习的数据类型、函数等，都是对象。

面向对象特点 

   面向对象（ Object oriented Programming ， OOP ）编程的思想主要是针对大型软件设计而来的。

   面向对象编程使程序的扩展性更强、可读性更好，使编程可以像搭积木一样简单。

    面向对象编程将数据和操作数据相关的方法封装到对象中，组织代码和数据的方式更加接近人的思维，从而大大提高了编程的效率。

面向过程和面向对象的区别

       面向过程和面向对象都是对软件分析、设计和开发的一种思想 , 它指 导着人们以不同的方式去分析、设计和开发软件。C 语言是一种典型的面向过程语言，Java 是一种典型的面向对象语言。

面向过程是什么？

面向过程适合简单、不需要协作的事务，重点关注如何执行。面向 过程时，我们首先思考“ 怎么按步骤实现？”。比如，如何开车？我们很容易就列出实现步骤：

但是当我们思考比较复杂的设计任务时，比如 “ 如何造车？ ” ，就会 发现列出1234 这样的步骤，是不可能的。那是因为，造车太复杂，需要很多协作才能完成。此时面向对象思想就应运而生了。

面向对象是什么？

     面向对象 (Oriented-Object) 思想更契合人的思维模式。我们首先思 考的是" 怎么设计这个事物？ ” 。比如思考造车，我们就会先思考 “ 车怎么设计？” ，而不是 “ 怎么按步骤造车的问题 ” 。这就是思维方式的转变。 自然地，我们就会从“ 车由什么组成 ”开始思考：车：车身、发动机、油门、方向盘……

   为了协作，我们找轮胎厂完成制造轮胎的步骤，发动机厂完成制造 发动机的步骤；这样，发现大家可以同时进行车的制造，最终进行组装，大大提高了效率。 具体到轮胎厂的一个流水线操作，仍然是有步骤的，还是离不开执行者、离不开面向过程！

        面向对象可以帮助我们从宏观上把握、从整体上分析整个系统。 但是，具体到实现部分的微观操作（就是一个个方法）， 仍然需要面向过程的思路去处理。

面向对象和面向过程总结

1

都是解决问题的思维方式，都是代码组织的方式。

2

面向过程是一种 “ 执行者思维 " ，解决简单问题可以使用面向过程

3

面向对象是一种 “ 设计者思维 ” ，解决复杂、需要协作的问题可以使用面向对象

面向对象离不开面向过程：

宏观上：通过面向对象进行整体设计

微观上：执行和处理数据，仍然是面向过程

（二）对象

 

    随着编程面临的问题越来越复杂，编程语言本身也在进化，从主要处理简单数据开始，随着数据变多进化“ 数组 ” ； 数据类型变复杂， 进化出了“ 结构体 ” ； 处理数据的方式和逻辑变复杂，进化出了 “对象”。

    简单数据

       像 30,40 ， 50.4 等这些数字，可以看做是简单数据。最初的计算机编程，都是像这样的数字。

2

   C语言中的数组

     将同类型的数据放到一起。比如：整数数组 [20,30,40] ，浮点数数组 [10.2, 11.3, 12.4] ，字符串数组： [“aa”,”bb”,”cc”] , 上面的[20,30,40] 不是 python 中的列表，是 C 语言中的数 组

3

   C语言中的结构体

 将不同类型的数据放到一起，是 C 语言中的数据结构。比如：

struct resume{
    int age;
    char name[10];
    double value;
};

4

   对象

将不同类型的数据、方法（即函数）放到一起，就是对象。比如：

class Student:
    company = "SXT"     #类属性
    count = 0           #类属性

    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1
    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)

对象完整内存结构

      类是抽象的，也称之为 “ 对象的模板 ” 。我们需要通过类这个模板，创建类的实例对象，然后才能使用类定义的功能。 我们前面说过一个Python 对象包含三个部分： id （ identity 识别码）、 type （对象类型）、 value （对象的值）。 我们可以更进一步的说，一个Python 对象包含如下部分：

（三）类的定义

     类可以看做是一个模版，或者图纸，系统根据类的定义来造出对 象。我们要造一个汽车，怎么样造？类就是这个图纸，规定了汽车的详细信息，然后根据图纸将汽车造出来。

      类：我们叫做 class 。 对象：我们叫做 object , instance ( 实例 ) 。以后 ，某个类的对象就是某个类的实例。是一样的意思。

属性和方法

     我们通过类定义数据类型的属性（数据）和方法（行为） , 也就是 说，“ 类将行为和状态打包在一起 ” 。

       对象是类的具体实体，一般称为 “ 类的实例 ” 。类看做 “ 饼干模具 ” ，对象就是根据这个“ 模具 ” 制造出的 “ 饼干 ” 。

       从一个类创建对象时，每个对象会共享这个类的行为（类中定义的方法），但会有自己的属性值（不共享状态）。更具体一点：“ 方法代码是共享的，属性数据不共享” 。

   以学生类为例

 Python 中， “ 一切皆对象 ” 。类也称为 “ 类对象 ” ，类的实例也称为“ 实例对象 ” 。

定义类的语法格式如下：

class   类名：

        类体

要点如下：

•   类名必须符合“标识符”的规则；一般规定，首字母大写，多个单词使用“驼峰原则”。

•   类体中我们可以定义属性和方法

• 属性用来描述数据，方法(即函数)用来描述这些数据相关的操作

一个典型的类的定义：

 class Student:
     def __init__(self,name,score): #构造方法第一个参数必须为self
          self.name = name   #实例属性
          self.score = score
     def say_score(self):  #实例方法
          print("{0}的分数是{1}".format(self.name,self.score))
          s1 = Student('王老五',80) #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
          s1.say_score()

    pass 为空语句。就是表示什么都不做，只是作为一个占位符存在。当你写代码时，遇到暂时不知道往方法或者类中加入什么时，可以先用pass占位，后期再补上。

__init__ 构造方法和 __new__ 方法

    初始化对象，我们需要定义构造函数 __init__() 方法。构造方法用于执 行“ 实例对象的初始化工作 ” ，即对象创建后，初始化当前对象的相 关属性，无返回值。

__init__() 的要点如下：

•  名称固定，必须为： __init__()

•  第一个参数固定，必须为： self 。 self 指的就是刚刚创建好的实例对象

• 构造函数通常用来初始化实例对象的实例属性，如下代码就是初始化实例属性： name 和 score

  def __init__(self,name,score):
          self.name = name         #实例属性
          self.score = score

• 通过“ 类名 ( 参数列表 )” 来调用构造函数。调用后，将创建好的对象返回给相应的变量。
• __init__() 方法：初始化创建好的对象，初始化指的是： “ 给实例属性赋值”
• __new__() 方法 : 用于创建对象，但我们一般无需重定义该方法
• 如果我们不定义 __init__ 方法，系统会提供一个默认的 __init__ 方法。

  如果我们定义了带参的 __init__ 方法，系统不创建默认的 __init__ 方法

        Python 中的 self 相当于 C++ 中的 self指针 ， JAVA 和 C# 中的 this 关键字。Python 中， self 必须为构造函数的第一个参数，名字可以任意修改。但一般惯例，都叫做 self。

 实例属性和实例方法

实例属性

实例属性是从属于实例对象的属性，也称为 “ 实例变量 ” 。他的使用 有如下几个要点：

 

实例属性一般在 __init__() 方法中通过如下代码定义：

self.实例属性名 = 初始值 

在本类的其他实例方法中，也是通过 self 进行访问：

self.实例属性名

3

创建实例对象后，通过实例对象访问：

obj01 = 类名() # 创建和初始化对象，调用 __init__() 初始化属性

obj01.实例属性名 = 值 # 可以给已有属性赋值，也可以新加属性

class Student:
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name #增加name属性
        self.score = score #增加score属性
    def say_score(self):
        self.age = 18     #增加age属性
        print("{0}的分数是{1}".format(self.name,self.score))
s1 = Student("张三",80)
s1.say_score()
print(s1.age)
s1.salary = 3000 #s1对象增加salary属性
s2 = Student("李四",90)
s2.say_score()
print(s2.age)

实例方法

实例方法是从属于实例对象的方法。实例方法的定义格式如下：

def   方法名 ( self [, 形参列表 ]) ：

        函数体

方法的调用格式如下：

对象.方法名([实参列表])

要点：

  定义实例方法时，第一个参数必须为 self 。和前面一样， self 指当前的实例对象。

  调用实例方法时，不需要也不能给 self 传参。 self 由解释器自动传参

函数和方法的区别

   都是用来完成一个功能的语句块，本质一样。

   方法调用时，通过对象来调用。方法从属于特定实例对象，普通函数没有这个特点

   直观上看，方法定义时需要传递 self ，函数不需要

实例对象的方法调用本质

其他操作

dir(obj) 可以获得对象的所有属性、方法

1

obj.__dict__ 对象的属性字典

2

pass 空语句

3

isinstance（对象,类型） 判断 “ 对象 ” 是不是 “ 指定类型 ”

（四）类对象、类属性、类方法、静态方法

类对象

    我们在前面讲的类定义格式中， class 类名： 。实际上，当解释器执行 class 语句时，就会创建一个类对象

    具体代码：

class Student:
    pass  #空语句
print(type(Student))
print(id(Student))

Stu2 = Student
s1 = Stu2()
print(s1)

具体效果：

      由图可知，实际上生成了一个变量名就是类名 Student 的对象。我们通过赋值给新变量 Stu2 ，也能实现相关的调用。说明，确实创建了“ 类对象 ” 。

类属性

    类属性是从属于 “ 类对象 ” 的属性，也称为 “ 类变量 ” 。由于，类属性从属于类对象，可以被所有实例对象共享。

类属性的定义方式：

class   类名：

        类变量名 = 初始值

在类中或者类的外面，我们可以通过： 类名.类变量名 来读写

内存分析实例对象和类对象创建过程

我们以下面代码为例，分析整个创建过程，代码如下：

class Student:
     company = "仁和堂"  # 类属性
     count = 0 # 类属性
     def __init__(self, name, score):
          self.name = name  # 实例属性
          self.score = score
          Student.count = Student.count + 1

     def say_score(self):  # 实例方法
          print("我的公司是：", Student.company)
          print(self.name, '的分数是：',self.score)

s1 = Student('李白', 80)  # s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s2 = Student('张三', 70)
s1.say_score()
print('一共创建{0}个Student对象'.format(Student.count))

类方法

  类方法是从属于 “ 类对象 ” 的方法。类方法通过装饰器 @classmethod 来定义，格式如下：

 

@classmethod

def   类方法名 ( cls [ ，形参列表 ]) ：

方法体

要点如下：

@classmethod 必须位于方法上面一行

  第一个 cls 必须有； cls 指的就是 “ 类对象 ” 本身

调用类方法格式： 类名.类方法名(参数列表) 。 参数列表中，不需要也不能给 cls 传值

类方法中访问实例属性和实例方法会导致错误

子类继承父类方法时，传入 cls 是子类对象，而非父类对象 

具体代码：

class Student:
    company = "SXT"     #类属性
    
    @classmethod
    def printCompany(cls):
        print(cls.company)
    
Student.printCompany()

 

静态方法

       Python 中允许定义与 “ 类对象 ” 无关的方法，称为 “ 静态方法 ” 。 “静态方法 ” 和在模块中定义普通函数没有区别，只不过 “ 静态方法 ” 放到了“ 类的名字空间里面 ” ，需要通过 “ 类调用 ” 。

静态方法通过装饰器 @staticmethod 来定义，格式如下：

@staticmethod

def   静态方法名 ([ 形参列表 ]) ：

        方法体

要点如下：

@staticmethod 必须位于方法上面一行

2 调用静态方法格式： 类名.静态方法名(参数列表)

3 静态方法中访问实例属性和实例方法会导致错误

具体代码：

class Student:
    company = "SXT"  # 类属性
    @staticmethod
    def add(a, b):  # 静态方法
        print("{0}+{1}={2}".format(a,b,(a+b)))
        return a+b
Student.add(20,30)

（五）析构函数 (__del__方法)和垃圾回收机制

析构函数

     __del__() 称为 “ 析构方法 ” ，用于实现对象被销毁时所需的操作。比如： 释放对象占用的资源，例如：打开的文件资源、网络连接等。

       Python 实现自动的垃圾回收，当对象没有被引用时（引用计数为 0），由垃圾回收器调用 __del__() 。

       我们也可以通过 del语句 删除对象，从而保证调用 __del__() 。 系统会自动提供 __del__方法 ，一般不需要自定义析构方法

具体代码：

class Person:
     def __del__(self):
          print("销毁对象：{0}".format(self))
p1 = Person()
p2 = Person()
del p2
print("程序结束")

运算结果：

 

__call__ 方法和可调用对象

Python 中，凡是可以将 () 直接应用到自身并执行，都称为可调 用对象。

 

可调用对象包括自定义的函数、 Python 内置函数、以及本节所 讲的实例对象。

 

定义了 __call__() 的对象，称为 “ 可调用对象 ” ，即该对象可以像函数 一样被调用。

 

该方法使得实例对象可以像调用普通函数那样，以 “ 对象名 ()” 的形式使用。

（六）面向对象三大特征

Python 是面向对象的语言，支持面向对象编程的三大特性：继承、封装（隐藏）、多态。

 Ⅰ    封装

     隐藏对象的属性和实现细节，只对外提供必要的方法。相当于“将“ 细节封装起来 ” ，只对外暴露 “ 相关调用方法 ” 。 通过前面学习的“ 私有属性、私有方法 ” 的方式，实现 “ 封装 ” 。

     Python 追求简洁的语法，没有严格的语法级别的 “ 访问控制符” ，更多的是依靠程序员自觉实现。

Ⅱ    继承

 

       继承是面向对象编程的三大特征之一。继承让我们更加容易实现类的扩展。实现代码的重用，不用再重新设计类。 继承可以让子类具有父类的特性，提高了代码的重用性。

      从设计上是一种增量进化，原有父类设计不变的情况下，可以增加新的功能，或者改进已有的算法。

       如果一个新类继承自一个设计好的类，就直接具备了已有类的特征，就大大降低了工作难度。已有的类，我们称为“ 父类或者基类” ，新的类，我们称为 “ 子类或者派生类 ” 。

语法格式

    Python 支持多重继承，一个子类可以继承多个父类。继承的语法格式如下：

  class   子类类名 ( 父类 1 [ ，父类 2 ， ...]) ：

            类体

注意：

    如果在类定义中没有指定父类，则默认父类是 object类 。也就是说， object 是所有类的父类，里面定义了一些所有类共有的默认实现，比如： __new__()

关于构造函数：

    子类不重写 __init__ ，实例化子类时，会自动调用父类定义的 __init__ 。

    子类重写了 __init__ 时，实例化子类，就不会调用父类已经定义的 __init__

    如果重写了 __init__ 时，要使用父类的构造方法，可以使用 super 关键字，也可以使用如下格式调用：

父类名.__init__(self, 参数列表)

类成员的继承和重写

成员继承：子类继承了父类除构造方法之外的所有成员。（ 私有属性、私有方法也被继承 ）

方法重写：子类可以重新定义父类中的方法，这样就会覆盖父类的方法，也称为“ 重写 ”

 代码：

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

     def say_age(self):
          print(self.name,"的年龄是：",self.age)

     def say_name(self):
          print("我是",self.name)

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

     def say_score(self):
          print(self.name,"的分数是：",self.score)
     def say_name(self):  #重写父类的方法
          print("报告老师，我是",self.name)

s1 = Student("张三",16,85)
s1.say_score()
s1.say_name()
s1.say_age()
print(Student.mro())

查看类的继承层次结构

    通过类的方法 mro() 或者类的属性 __mro__ 可以输出这个类的继承层次结构。

object根类

      object 类是所有类的父类，因此所有的类都有 object 类的属性和方法。我们显然有必要深入研究一下 object 类的结构。对于我们继续深入学习Python 很有好处。

dir() 查看对象属性

为了深入学习对象，先学习内置函数 dir() ，他可以让我们方便的看到指定对象所有的属性

【测试】查看对象所有属性以及和 object 进行比对

具体代码：

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

     def say_score(self):
          print(self.name,"的分数是：",self.score)
     def say_name(self):  #重写父类的方法
          print("报告老师，我是",self.name)

obj = object()
print(dir(obj))
s1 = Student("张三",15,85)
print(dir(s1))

具体效果：

 ['__class__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__']

['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'age', 'name', 'say_age', 'say_name', 'say_score', 'score']

从上面我们可以发现这样几个要点：

 

Stuednt 对象增加了八个属性：

__dict__ 、 __module__ 、 __weakref__ 、 age、 name、 say_age、say_name、say_score、score

 

object 的所有属性， Student  类作为 object 的子类，显然包含了所有的属性

 

      打印 age 、 name 、 say_age时  ，发现 say_age 虽然是方法，实际上也是属性。只不过，这个属性的类型是 method 而已。

多重继承

       Python 支持多重继承，一个子类可以有多个 “ 直接父类 ” 。这样，就 具备了“ 多个父类 ” 的特点。但是由于，这样会被 “ 类的整体层次 ” 搞的异常复杂，尽量避免使用。

具体代码：

class A:
     def aa(self):
          print("aa")

class B:
     def bb(self):
          print("bb")

class C(B,A):
     def cc(self):
          print("cc")
c = C()
c.cc()
c.bb()
c.aa()

super()获得父类定义

      在子类中，如果想要获得父类的方法时，我们可以通过 super() 来做。 super() 代表父类的定义，不是父类对象。

  

想调用父类的构造方法：

super(子类名称,self).__init__(参数列表)

具体代码：

class A:
     def __init__(self):
          print("A的构造方法")

     def say(self):
          print("A: ",self)
          print("say AAA")

class B(A):
     def __init__(self):
           super(B,self).__init__() #调用父类的构造方法
           print("B的构造方法")
     def say(self):
       #A.say(self)  调用父类的say方法
          super().say()   #通过super()调用父类的方法
          print("say BBB")

b = B()
b.say()

运行效果：

A的构造方法
B的构造方法
A:  <__main__.B object at 0x0000014F911A9390>
say AAA
say BBB

Ⅲ    多态

     多态是指同一个方法调用由于对象不同会产生不同的行为。生活中这样的例子比比皆是：同样是生活方法，不同事物生活方法不同。狗熊生活是在地上跑，鱼类生活是在水里游，雄鹰生活在是 蓝天上。如下以榨汁为例，放入苹果就会产生苹果汁，放入椰子，就会产生椰汁，放入橙子，就会产生橙汁。

关于多态要注意以下 2 点：

  多态是方法的多态，属性没有多态。

  多态的存在有 2 个必要条件：继承、方法重写

具体代码：

#多态
class Animal:
     def shout(self):
          print("动物叫了一声")

class Dog(Animal):
     def shout(self):
          print("小狗，汪汪汪")

class Cat(Animal):
     def shout(self):
          print("小猫，喵喵喵")
def animalShout(a):
     a.shout() #传入的对象不同，shout方法对应的实际行为也不同。


animalShout(Dog())
animalShout(Cat())