Python学习笔记（3）

《Python编程：从入门到实践》学习笔记

1、 类

1.1 创建和使用类

      使用类几乎可以模拟任何东西。下面来编写一个表示小狗的简单类Dog——它表示的不是特定的小狗，而是任何小狗。对于大多数宠物狗，我们都知道些什么呢？它们都有名字和年龄；我们还知道，大多数小狗还会蹲下和打滚。由于大多数小狗都具备上述两项信息（名字和年龄）和两种行为（蹲下和打滚），我们的Dog类将包含它们。这个类让Python知道如何创建表示小狗的对象。编写这个类后，我们将使用它来创建表示特定小狗的实例。

1.1.1 创建Dog 类

       根据Dog类创建的每个实例都将存储名字和年龄。我们赋予了每条小狗蹲下（sit()）和打滚（roll_over()）的能力：

class Dog():
    """一次模拟小狗的简单尝试"""
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age"""
        self.name = name
        self.age = age

    def sit(self):
        """模拟小狗被命令时蹲下"""
        print(self.name.title() + " is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """模拟小狗被命令时打滚"""
        print(self.name.title() + " rolled over!")

      我们定义了一个名为Dog的类。根据约定，在Python中，首字母大写的名称指的是类。这个类定义中的括号是空的，因为我们要从空白创建这个类。在处，我们编写了一个文档字符串，对这个类的功能作了描述。
  方法__init__()
      类中的函数称为方法；你前面学到的有关函数的一切都适用于方法，就目前而言，唯一重要
的差别是调用方法的方式。方法__init__()是一个特殊的方法，每当你根据Dog类创建新实例时，Python都会自动运行它。在这个方法的名称中，开头和末尾各有两个下划线，这是一种约定，旨在避免Python默认方法与普通方法发生名称冲突。
     self.name = name获取存储在形参name中的值，并将其存储到变量name中，然后该变量被关联到当前创建的实例。self.age = age的作用与此类似。像这样可通过实例访问的变量称为属性。
      Dog类还定义了另外两个方法：sit()和roll_over()。由于这些方法不需要额外的信息，如名字或年龄，因此它们只有一个形参self。我们后面将创建的实例能够访问这些方法。

1.1.2 根据类创建实例

1. 访问属性

      要访问实例的属性，可使用句点表示法（my_dog.name）。如下：

class Dog():
    """一次模拟小狗的简单尝试"""
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age"""
        self.name = name
        self.age = age

    def sit(self):
        """模拟小狗被命令时蹲下"""
        print(self.name.title() + " is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """模拟小狗被命令时打滚"""
        print(self.name.title() + " rolled over!")


my_dog = Dog('willie', 6)
print("My dog's name is " + my_dog.name.title() + ".")
print("My dog is " + str(my_dog.age) + " years old.")

运行结果：

My dog's name is Willie.
My dog is 6 years old.

2. 调用方法

使用句点表示法来调用Dog类中定义的任何方法（my_dog.sit()、my_dog.roll_over()）。

class Dog():
    """一次模拟小狗的简单尝试"""
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age"""
        self.name = name
        self.age = age

    def sit(self):
        """模拟小狗被命令时蹲下"""
        print(self.name.title() + " is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """模拟小狗被命令时打滚"""
        print(self.name.title() + " rolled over!")


my_dog = Dog('willie', 6)
my_dog.sit()
my_dog.roll_over()

运行结果：

Willie is now sitting.
Willie rolled over!

1.2 使用类和实例

      你可以使用类来模拟现实世界中的很多情景。类编写好后，你的大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上。你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性，也可以编写方法以特定的方式进行修改。

1.2.1 Car 类

下面来编写一个表示汽车的类，它存储了有关汽车的信息，还有一个汇总这些信息的方法：

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

调用方法get_descriptive_name()，指出我们拥有的是一辆什么样的汽车：

2016 Audi A4

1.2.2 给属性指定默认值

      类中的每个属性都必须有初始值，哪怕这个值是0或空字符串。在有些情况下，如设置默认值时，在方法__init__()内指定这种初始值是可行的；如果你对某个属性这样做了，就无需包含为它提供初始值的形参。

   下面来添加一个名为odometer_reading的属性，其初始值总是为0。我们还添加了一个名为
read_odometer()的方法，用于读取汽车的里程表：

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.read_odometer()

运行结果：

2016 Audi A4
This car has 0 miles on it.
 

1.2.3 修改属性的值

        可以以三种不同的方式修改属性的值：直接通过实例进行修改；通过方法进行设置；通过方
法进行递增（增加特定的值）。下面依次介绍这些方法。

1. 直接修改属性的值

 要修改属性的值，最简单的方式是通过实例直接访问它。下面的代码直接将里程表读数设置为23：

my_new_car.odometer_reading = 23

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()

运行结果：

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

2. 通过方法修改属性的值

      如果有替你更新属性的方法，将大有裨益。这样，你就无需直接访问属性，而可将值传递给一个方法，由它在内部进行更新。
      下面的示例演示了一个名为update_odometer()的方法：

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        self.odometer_reading = mileage
    
my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.update_odometer(23)
my_new_car.read_odometer()

运行结果：

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

3. 通过方法对属性的值进行递增
      有时候需要将属性值递增特定的量，而不是将其设置为全新的值。假设我们购买了一辆二车，且从购买到登记期间增加了100英里的里程，下面的方法让我们能够传递这个增量，并相应地增加里程表读数：

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        self.odometer_reading = mileage

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

my_used_car = Car('subaru', 'outback', 2013)
print(my_used_car.get_descriptive_name())
my_used_car.update_odometer(23500)
my_used_car.read_odometer()
my_used_car.increment_odometer(100)
my_used_car.read_odometer()

运行结果：

2013 Subaru Outback
This car has 23500 miles on it.
This car has 23600 miles on it.

1.3 继承

      编写类时，并非总是要从空白开始。如果你要编写的类是另一个现成类的特殊版本，可使用继承。一个类继承另一个类时，它将自动获得另一个类的所有属性和方法；原有的类称为父类，而新类称为子类。子类继承了其父类的所有属性和方法，同时还可以定义自己的属性和方法。

1.3.1 子类的方法__init__()

      创建子类的实例时，Python首先需要完成的任务是给父类的所有属性赋值。为此，子类的方法__init__()需要父类施以援手。super()是一个特殊函数，帮助Python将父类和子类关联起来。
 

"""父类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        self.odometer_reading = mileage

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles


"""子类"""
class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独特之处"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化父类的属性"""
        super().__init__(make, model, year)

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

上面代码，Python调用ElectricCar的父类的方法__init__()，让ElectricCar实例包含父类的所有属性。父类也称为超类（superclass），名称super因此而得名。

运行结果：

2016 Tesla Model S

1.3.2 给子类定义属性和方法

让一个类继承另一个类后，可添加区分子类和父类所需的新属性和方法。

"""父类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        self.odometer_reading = mileage

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles


"""子类"""
class ElectricCar(Car):
    """Represent aspects of a car, specific to electric vehicles."""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        电动汽车的独特之处
        初始化父类的属性，再初始化电动汽车特有的属性
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = 70

    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息"""
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")


my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.describe_battery()

     上面代码，我们添加了新属性self.battery_size，并设置其初始值（如70）。根据ElectricCar 类
创建的所有实例都将包含这个属性，但所有Car实例都不包含它。添加了一个名describe_battery()的方法，它打印有关电瓶的信息。

运行代码：

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.

1.3.3 重写父类的方法

      对于父类的方法，只要它不符合子类模拟的实物的行为，都可对其进行重写。为此，可在子类中定义一个这样的方法，即它与要重写的父类方法同名。这样，Python将不会考虑这个父类方法，而只关注你在子类中定义的相应方法。

"""父类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def fill_gas_tank(self):
        """电动汽车有油箱"""
        print("This car  need a gas tank!")


"""子类"""
class ElectricCar(Car):
    """Represent aspects of a car, specific to electric vehicles."""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        电动汽车的独特之处
        初始化父类的属性，再初始化电动汽车特有的属性
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = 70


    def fill_gas_tank(self):
        """电动汽车没有油箱"""
        print("This car doesn't need a gas tank!")

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
my_tesla.fill_gas_tank()

运行结果：

This car doesn't need a gas tank!

1.3.4 将实例用作属性

      使用代码模拟实物时，你可能会发现自己给类添加的细节越来越多：属性和方法清单以及文件都越来越长。在这种情况下，可能需要将类的一部分作为一个独立的类提取出来。你可以将大型类拆分成多个协同工作的小类。

"""父类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        self.odometer_reading = mileage

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles


class Battery():
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试"""
    def __init__(self, battery_size=70):
        """初始化电瓶的属性"""
        self.battery_size = battery_size

    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息"""
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独特之处"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性，再初始化电动汽车特有的属性
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()

运行结果：

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.

1.4 导入类

      随着你不断地给类添加功能，文件可能变得很长，即便你妥善地使用了继承亦如此。为遵循Python的总体理念，应让文件尽可能整洁。为在这方面提供帮助，Python允许你将类存储在模块
中，然后在主程序中导入所需的模块。

1.4.1 导入单个类

       下面来创建一个只包含Car类的模块。这让我们面临一个微妙的命名问题：在本章中，已经有一个名为car.py的文件，但这个模块也应命名为car.py，因为它包含表示汽车的代码。我们将这样解决这个命名问题：将Car类存储在一个名为car.py的模块中，该模块将覆盖前面使用的文car.py。从现在开始，使用该模块的程序都必须使用更具体的文件名，如my_car.py。下面是模块car.py，其中只包含Car类的代码：

"""一个可用于表示汽车的类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性名称"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条消息，指出汽车的里程"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设置为指定的值
        拒绝将里程表往回拨
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

下面来创建另一个文件——my_car.py，在其中导入Car类并创建其实例：

from car import Car
my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()

运行结果：

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

      导入类是一种有效的编程方式。如果在这个程序中包含了整个Car类，它该有多长呀！通过将这个类移到一个模块中，并导入该模块，你依然可以使用其所有功能，但主程序文件变得整洁而易于阅读了。这还能让你将大部分逻辑存储在独立的文件中；确定类像你希望的那样工作后，你就可以不管这些文件，而专注于主程序的高级逻辑了。  

1.4.2 在一个模块中存储多个类

      虽然同一个模块中的类之间应存在某种相关性，但可根据需要在一个模块中存储任意数量的类。类Battery和ElectricCar都可帮助模拟汽车，因此下面将它们都加入模块car.py中：

"""一个可用于表示汽车的类"""
class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性名称"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条消息，指出汽车的里程"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设置为指定的值
        拒绝将里程表往回拨
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

class Battery():
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试"""

    def __init__(self, battery_size=70):
        """初始化电瓶的属性"""
        self.battery_size = battery_size

    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息"""
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

    def get_range(self):
        """打印一条描述电瓶续航里程的消息"""
        if self.battery_size == 70:
            range = 240
        elif self.battery_size == 85:
            range = 270

        message = "This car can go approximately " + str(range)
        message += " miles on a full charge."
        print(message)

class ElectricCar(Car):
    """模拟电动汽车的独特之处"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性，再初始化电动汽车特有的属性
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

     新建一个名为my_electric_car.py的文件，导入ElectricCar类，并创建一辆电动汽车了：

from car import ElectricCar
my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()
my_tesla.battery.get_range()

运行结果：

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.
This car can go approximately 240 miles on a full charge.

1.4.3 从一个模块中导入多个类

   可根据需要在程序文件中导入任意数量的类。如果我们要在同一个程序中创建普通汽车和电动汽车，就需要将Car和ElectricCar类都导入：

from car import Car, ElectricCar
my_beetle = Car('volkswagen', 'beetle', 2016)
print(my_beetle.get_descriptive_name())
my_tesla = ElectricCar('tesla', 'roadster', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

     从一个模块中导入多个类时，用逗号分隔了各个类。导入必要的类后，就可根据需要创建每个类的任意数量的实例。

1.4.4 导入整个模块

      导入整个模块，再使用句点表示法访问需要的类。这种导入方法很简单，代码也易于阅读。由于创建类实例的代码都包含模块名，因此不会与当前文件使用的任何名称发生冲突。

import car
my_beetle = car.Car('volkswagen', 'beetle', 2016)
print(my_beetle.get_descriptive_name())
my_tesla = car.ElectricCar('tesla', 'roadster', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

1.4.5 导入模块中的所有类

      要导入模块中的每个类，可使用下面的语法：

       from module_name import *

      不推荐使用这种导入方式，其原因有二。首先，如果只要看一下文件开头的import语句，就能清楚地知道程序使用了哪些类，将大有裨益；但这种导入方式没有明确地指出你使用了模块中的哪些类。这种导入方式还可能引发名称方面的困惑。如果你不小心导入了一个与程序文件中其他东西同名的类，将引发难以诊断的错误。这里之所以介绍这种导入方式，是因为虽然不推荐使用这种方式，但你可能会在别人编写的代码中见到它。
      需要从一个模块中导入很多类时，最好导入整个模块，并使用module_name.class_name语法来访问类。这样做时，虽然文件开头并没有列出用到的所有类，但你清楚地知道在程序的哪些地方使用了导入的模块；你还避免了导入模块中的每个类可能引发的名称冲突。

   结语

      在本章中，你学习了：如何编写类；如何使用属性在类中存储信息，以及如何编写法，以让类具备所需的行为；如何编写方法__init__()，以便根据类创建包含所需属性的实例。你见识了如何修改实例的属性——包括直接修改以及通过方法进行修改。你还了解了：使用继承可简化相关类的创建工作；将一个类的实例用作另一个类的属性可让类更简洁。
     你了解到，通过将类存储在模块中，并在需要使用这些类的文件中导入它们，可让项目组织有序。