Python进阶

1. 类的定义

在Python中，通过class关键字定义一个类，比如我们需要定义一个人的类。按照 Python 的编程习惯，类名以大写字母开头。因此可以这样定义：

class Person:  pass

定义了类之后，就可以对类进行实例化了，实例化是指，把抽象的类，赋予实物的过程。比如，定义好Person这个类后，就可以实例化多个Person出来了。

Python实例属性的定义

xiaohong.name = 'xiaohong'
xiaohong.sex = 'girl'
xiaohong.age = 13

print(xiaohong.name)
print(xiaohong.sex)
print(xiaohong.age)

通过前面的方式定义一个实例的属性非常方便，但也有一些问题。
首先，如果定义属性的过程中使用了不同的属性名字，比如性别，前者使用了sex，后者使用了gender，那对于一个类的不同实例，存储一个信息就用了两个不同的属性，在后面将会难以维护。
其次，名字、性别、年龄等等，都是人的基本信息，在抽象一个类的时候，理应包含这些信息。
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, sex, age):
        self.name = name
        self.sex = sex
        self.age = age

定义类后，就可以相应的实例化对象了，需要注意的是，在实例化的时候，需要提供除self以外的所有参数。

xiaoming = Person('Xiao Ming', 'boy', 13)
xiaohong = Person('Xiao Hong', 'girl', 14)

print(xiaohong.name)
print(xiaohong.sex)
print(xiaohong.age)
# 但当访问不存在的属性时，依然会报错
print(xiaohong.birth)

类和实例对象是有区别的，类是抽象，是模板，而实例则是根据类创建的对象，比如类：动物，只是一个抽象，并没有动物的详细信息，而猫、狗等，则是具体的动物，是类的对象。
在前面，实例对象绑定的属性只属于这个实例，绑定在一个实例上的属性不会影响其它实例；同样的，类也可以绑定属性，但是类的属性不属于任何一个对象，而是属于这个类。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。

class Animal(object):
    localtion = 'Asia'
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

dog = Animal('wangwang', 1)
cat = Animal('mimi', 3)
print(dog.localtion) # ==> Asia
print(cat.localtion) # ==> Asia
# 类属性，也可以通过类名直接访问
print(Animal.localtion) # ==> Asia

并不是所有的属性都可以被外部访问的，这种不能被外部访问的属性称为私有属性。私有属性是以双下划线’__'开头的属性。

# 类私有属性
class Animal(object):
    __localtion = 'Asia'

print(Animal.__localtion)

Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in <module>
AttributeError: type object 'Animal' has no attribute '__localtion'

上一节课提到，私有属性没有办法从外部访问，只能在类的内部操作；那如果外部需要操作私有属性怎么办？这个时候可以通过定义类或者实例的方法来操作私有属性，本节课先来介绍实例方法。
实例的方法指的就是在类中定义的函数，实例方法的第一个参数永远都是self，self是一个引用，指向调用该方法的实例对象本身，除此以外，其他参数和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

在上面的定义，name是实例的私有属性，从外部是无法访问的，而get_name(self) 就是一个实例方法，在实例方法里面是可以操作私有属性的，注意，它的第一个参数是self。
另外，init(self, name)其实也可看做是一个特殊的实例方法。
通过定义get_name(self)方法，在外部就可以通过这个方法访问私有属性了。

注意，在外部调用实例方法时，是不需要显式传递self参数的。
另外，通过定义实例方法来操作私有属性的这种方法是推荐的，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。
当然，实例方法并不仅仅是为私有属性服务的，我们可以把和类的实例有关的操作都抽象成实例方法，比如：打印实例的详细信息等等。

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

    def get_info(self):
        return 'name = {}, age = {}, localtion = {}'.format(self.name, self.age, self.localtion)

dog = Animal('wangwang', 1, 'GuangDong')
print(dog.get_info())

在上一节课，为了操作实例对象的私有属性，我们定义了实例方法；同样的，如果需要需要操作类的私有属性，则应该定义类的方法。
默认的，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 Animal(object):
    __localtion = 'Asia'
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    @classmethod
    def set_localtion(cls, localtion):
        cls.__localtion = localtion

    @classmethod
    def get_localtion(cls):
        return cls.__localtion

print(Animal.get_localtion()) # ==> Asia
Animal.set_localtion('Afica')
print(Animal.get_localtion()) # ==> Africa

和实例方法不同的是，这里有两点需要特别注意：

类方法需要使用@classmethod来标记为类方法，否则定义的还是实例方法
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.__localtion 实际上相当于Animal.__localtion。
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。

2. 类的继承

对人类的抽象可以定义为Person类，而学生、老师等，也都是人类，所以，在Python当中，如果定义学生Student的类，可以继承Person类。

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

接着定义Student类，在定义Student类的时候，由于继承了Person类，所以Student类自动拥有name、gender属性，因此，在定义Student类的时候，只需要把额外的属性加上即可。

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

student = Student('Alice', 'girl', 100)
print(student.name) # ==> Alice
print(student.gender) # ==> girl
print(student.score) # ==> 100

在定义继承类的时候，有几点是需要注意的：

class Student()定义的时候，需要在括号内写明继承的类Person
在__init__()方法，需要调用super(Student, self).init(name, gender)，来初始化从父类继承过来的属性

随着我们学习步伐的前进，我们的程序会出现越来越多的类型，有我们自己定义的类，也有Python自有的str、list、dict等，他们的本质都是都是Python中的一种数据类型，这时有必要去判断数据的类型，通过函数isinstance()可以判断一个变量的类型。

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')

随着我们学习步伐的前进，我们的程序会出现越来越多的类型，有我们自己定义的类，也有Python自有的str、list、dict等，他们的本质都是都是Python中的一种数据类型，这时有必要去判断数据的类型，通过函数isinstance()可以判断一个变量的类型。

>>> isinstance(p, Person)
True # p是Person类型
>>> isinstance(p, Student)
False # p不是Student类型
>>> isinstance(p, Teacher)
False # p不是Teacher类型

3. 类的多态

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who() 方法：

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

接着，我们分别把不同类型的who()函数结果打印出来：

p = Person('Tim', 'Male')
s = Student('Bob', 'Male', 88)
t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')
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。从定义上来讲，Student和Teacher都拥有来自父类Person继承的who()方法，以及自己定义的who()方法。但是在实际调用的时候，会首先查找自身的定义，如果自身有定义，则优先使用自己定义的函数；如果没有定义，则顺着继承链向上找。

4. 定义模块

Python语言本身提供了非常多的模块，比如数学模块math、cmath、decimal、statistics；文件模块pathlib、stat、shutil等；除了使用官方模块，有时候也需要自定义模块。
如果我们需要创建一个tools模块，用来实现众多的工具函数，那么我们可以创建一个tools.py的文件，并在这个文件里面实现一些函数，如：say_hello()函数、say_goodbye()函数。

tools.py

# tools.py
def say_hello():
    print('hello')

def say_goodbye():
    print('goodbye')

Python模块导入的路径
导入官方模块的时候，不需要考虑路径问题，这是因为在搜索模块的时候，会默认包含官方模块的路径，所以导入官方模块不需要考虑路径的问题。
如果需要导入自定义模块，则需要了解Python导入模块搜索的路径。
通过sys模块，可以知道导入模块的路径。

>>> import sys
>>> sys.path
['', '/data/miniconda3/lib/python3.8', '/data/miniconda3/lib/python3.8/site-packages']

它返回的是一个列表，表示的是在搜索Python模块时，会搜索的路径，在示例中，返回了四个路径。我们分析一些关键路径：
第一个路径是’'，它是一个空字符串，表达的是当前路径的意思。
第二个路径是/data/miniconda3/lib/python3.8，它是Python默认模块的存放的路径，在这个路径下，可以发现有os、sys等模块的代码。
第三个路径是/data/miniconda3/lib/python3.8/site-packages，它是第三方模块代码的存放路径，在这个路径下，存放的是需要安装的第三方模块。

# main.py
import tools # 导入模块
tools.say_hello() # 调用模块里面的say_hello()函数
tools.say_goodbye() # 调用模块里面的say_goodbye()函数

就可以运行了。
因为在搜索包的路径时，会搜索当前路径（上述：sys.path结果的第一项），因此在同一个目录内的tools.py模块，可以被搜索到，所以能够import进来。

类的特殊方法

举例：str()
双下划线开头
双下划线结束
在这里插入图片描述

Python类的__str__ 和 __repr__方法

对于Python的内建对象，比如int、dict、list等，通过str()方法，可以把这些对象转换为字符串对象输出。

num = 12
str(num) # ==> '12'
d = {1: 1, 2: 2}
str(d) # ==> '{1: 1, 2: 2}'
l = [1,2,3,4,5]
str(l) # ==> '[1, 2, 3, 4, 5]'

Python类的__len__方法

对于列表List或者元组Tuple，通过内建方法len()，可以得出列表或者元组中元素的个数。如果一个类表现得像一个list，想使用len()函数来获取元素个数时，则需要实现__len__()方法。
比如我们实现一个班级Class的类，初始化把班级的同学名字列表传进去，希望len()函数可以返回班级同学的数量时，可以这样实现

class Class:
    def __init__(self, students):
        self.students = students
    def __len__(self):
        return len(self.students)
students = ['Alice', 'Bob', 'Candy']
class_ = Class(students)
len(class_) # ==> 3

Python类的__slots__方法

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。比如：

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

此时，Student类有三个属性，name、gender、score，由于是动态语言，在运行时，可以随意添加属性。

student = Student('Bob', 'Male', 99)
student.age = 12 # ==> 动态添加年龄age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。

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

使用__slots__ = (‘name’, ‘gender’, ‘score’) 限定Student类的属性，这个时候在外部再次添加动态属性age，将会报错。

>>> student = Student('Bob', 'Male', 99)
>>> student.age = 12 # ==> 动态添加年龄age属性
Traceback (most recent call last):
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

__slots__的目的是限制当前类所能拥有的属性，避免因为外部属性的操作导致类属性越来越难以管理。

Python类的__call__方法

在Python中，函数其实是一个对象，我们可以将一个函数赋值给一个变量，而不改变函数的功能。

>>> f = abs
>>> f
<built-in function abs>
>>> abs
<built-in function abs>
>>> f.__name__
'abs'
>>> f(-123)
123

把内建函数abs()赋值给变量f之后，可以看到f就和abs一样，都是。
由于 f 可以被调用，所以，f 被称为可调用对象，而事实上，所有的函数都是可调用对象。
如果把一个类实例也变成一个可调用对象，可以实现一个特殊的方法__call__()。
例如，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 {}...'.format(self.name))
        print('My friend is {}...'.format(friend))

>>> p = Person('Bob', 'Male')
>>> p('Alice') # ==> 用函数的方式调用Person类的实例p
My name is Bob...
My friend is Alice...

---

Python函数式编程

Python的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，map()函数会返回一个迭代器，可以依次迭代得到原来list的元素被函数f处理后的结果。

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，就可以利用map()函数。

def f(x):
    return x*x
for item in map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]):
    print(item)
   
[1, 4, 9, 10, 25, 36, 49, 64, 81]

Python的reduce()函数

和 map 函数一样，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。
在python2中，reduce()函数和map()函数一样，可以直接使用，但是在python3中，reduce()函数被收录到functools包内，需要引入functools才可以使用。
例如，编写一个f函数，接收x和y，返回x和y的和：

Python的filter()函数

Python自定义排序函数

Python的闭包

Python的匿名函数

Python的偏函数