跟着我学Python进阶篇：02.面向对象（上）

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跟着我学Python基础篇：08.集合和字典

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跟着我学Python进阶篇：01.试用Python完成一些简单问题

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1. 面向对象的概念

面向对象把解决问题的事物提取为多个对象，而建立对象的目的不是为了完成一个个步骤，而是为了描述某个事物在解决整个问题的过程中所发生的行为。面向对象是一个更大的封装。

2. 类和对象

类是对某类事物的抽象描述，而对象是现实中该类事物的一个个个体，类用于描述多个对象的共同特征，它是对象的定义。对象是类的具体实例，对象是根据类创建的，一个类可以对应多个对象，但一个对象只能对应一个类。

3. 类的定义和使用

3.1 类的定义

class 类名（父类）:
    属性名=属性值
    def（）方法名:
    方法体

使用class关键字来定义类，class后是类的名称，如果类继承自某一个父类，则将父类写在括号中。
在类的定义体中，使用给属性赋值的方法定义属性，使用def关键字定义类的方法，类的方法定义与函数相似。

以下代码定义了一个dog类：

class Dog(Object):
    legs=4
    def description(self,dog_name):
        print("我的名字是s%" % dog_name)

这段代码定义了一个名为dog的类，并通过赋值方法定义了一个属性，名为legs，然后使用关键字定义了一个方法，名为description。
在类中定义的方法带一个默认的参数self，指向对象本身，这点与函数的定义格式有所不同。

3.2 创建对象

一般创建对象的格式如下：
对象名=类名（）
可以看出，Python创建对象与其他开发语言不同，不需要使用常用的关键字new，直接使用类名加括号就可以创建了。
我们使用Dog类创建一个对象my_dog
my_dog=Dog()

3.3 新式类和经典类

在Python2.x及以前的版本，继承自任意自定义类型都成为新式类，能获得所有新式类的特性，相反地，不继承自任何内置类型的自定义类，都称经典类。
在Python3以后，新式类和经典类的区别已经不存在了，在以后的版本里，所有内置类型都继承自object，即所有类都是新式类，object是所有类的父类，如果在定义类型时没有指定父类，那么默认该类型继承自object类。

4. 属性和方法

属性用于描述事物的特征，比如颜色大小数量等，类的属性存储了各类数据，可以通过点语法来访问，类的方法定义了类的行为特征，包括这个类的各种操作。

4.1 类属性

属性包括类属性和对象属性，其中类属性定义在类的内部、方法的外部，它由该类的所有对象共同拥有。
类属性的值可以通过类和对象来访问，但是只能通过类修改，包括直接使用类属性修改，或者在类方法中修改。
比如上面定义的Dog类：

class Dog(object):
    legs=4
one_dog=Dog()
another_dog=Dog()
another_dog.legs=3
print(another_dog.legs)
print(one_dog.legs)
print(Dog.legs)

在这段代码中，我们首先定义了一个Dog类，它包含一个属性legs，并赋值为4，然后创建两个对象，one_dog和another_dog，代码another_legs.legs=3修改了属性的值，通过anotherdog访问时属性值已经改为3了，但是通过onedog和Dog访问属性值依旧为4，这说明什么呢？

• 通过onedog和Dog访问属性值依旧为4，说明对象和类都可以访问类属性的值，也说明类属性并没有被anotherdog修改，即对象不能修改类属性的值。
• another_legs.legs=3的含义是为another_dog对象添加一个新的对象属性，它覆盖了同名的类属性，所以通过another_legs.legs对象访问返回3.

如果使用类名对类属性进行修改，是什么样子呢？

class Dog(object):
    legs=4
one_dog=Dog()
print(one_dog.legs)
print(Dog.legs)
Dog.legs=3
print(Dog.legs)
print(one_dog.legs)

通过结果我们可以看出，使用类名成功修改了类属性的值。

4.2 对象属性

对象属性是描述对象特征的数据属性，对象属性的设置方法很灵活，可以在类定义的方法里添加，也可以在调用实例的代码里添加。
（1）在方法中添加对象属性
如果在类定义的对象方法里添加对象属性，这个属性之一在调用该方法后才能使用，否则会引起错误。
对象属性只能由对象调用，不能由类调用。
如果不调用方法，则在方法里定义的对象属性都无法访问，而其他对象创建的对象属性归创建它的对象所有，本地对象也无法访问。
（2）在调用时添加对象属性
在调用对象时，也可以动态地给对象添加属性。例如：

class Dog(object):
    legs=4
one_dog=Dog()
one_dog.color="红色"
print("狗狗的颜色是%s"%one_dog.color)

（3）删除对象属性
对象属性可以删除，这是Python特有的语法。例如：

class Dog(object):
    legs=4
one_dog=Dog()
one_dog.color="红色"
print("狗狗的颜色是%s"%one_dog.color)
del one_dog.color
print("狗狗的颜色是%s"%one_dog.color)

4.3 构造方法和析构方法

在Python中，构造方法和析构方法是类中的两种特殊方法，用于对象的初始化和资源的释放。构造方法在对象创建时调用，而析构方法在对象被销毁时（通常是在程序结束时或对象被垃圾回收时）调用。以下是它们的基本使用方式：

1. 构造方法（__init__）：

   • 构造方法是在对象创建时自动调用的特殊方法。
   • 它用于执行对象的初始化操作，设置对象的属性等。
   • 构造方法的名称是__init__，它接受self作为第一个参数，后面可以包含其他参数。
   • 示例：

   class MyClass:
       def __init__(self, name, age):
           self.name = name
           self.age = age
   
   # 创建对象时，构造方法被调用
   obj = MyClass("John", 25)
   

2. 析构方法（__del__）：

   • 析构方法是在对象被销毁时自动调用的特殊方法。
   • 它用于执行一些清理操作，释放对象占用的资源等。
   • 析构方法的名称是__del__，它接受self作为第一个参数。
   • 注意：析构方法的调用时机不是确定的，依赖于Python的垃圾回收机制。
   • 示例：

   class MyClass:
       def __init__(self, name, age):
           self.name = name
           self.age = age
   
       def __del__(self):
           print(f"Object {self.name} is being destroyed")
   
   # 创建对象
   obj = MyClass("John", 25)
   
   # 手动删除对象，触发析构方法
   del obj
   

在实际应用中，通常更推荐使用上下文管理器（with语句）来确保资源的正确释放，而不是依赖析构方法。这是因为析构方法的调用时机不是完全可控的，而上下文管理器可以更明确地在需要时进行资源管理。

4.4 对象方法

对象方法是在类中定义的，以关键字self作为第一个参数的方法。对象方法的self参数代表调用这个方法的对象本身（在其他语言中可能使用this）。在方法调用时，可以不用传递这个参数，系统会自动将调用方法的对象作为self参数传入。
在对象方法里可以使用self关键字定义和访问对象属性，同名的对象属性会覆盖类属性。
下面的代码定义了一个类Employee，它有一个对象方法work_for_one_year().

class Employee(object):
    level=3
    def work_for_one_year(self):
        self.level=4
tom=Employee()
print(tom.level)
tom.work_for_one_year()
print(tom.level)

在方法中定义的对象属性覆盖了同名类属性。

对象可以直接调用对象方法，但是类不可以直接调用对象方法，但是类在调用时传入类或者该类对象也可以调用对象方法。
Python是一个非常灵活的语言。

4.5 类方法

类方法是使用修饰器@classmethod修饰的方法，他的第一个参数代表类本身，按照惯例，以cls作为第一个参数，在调用时，不需要传递这个参数，系统会自动调用它的类当作参数传入。
类方法还有一个用途就是对类属性进行修改，我们知道，在对象方法中无法给类属性赋值，这样的语句会被视为定义同名的对象属性。
下面的代码演示分别使用对象方法和类方法试图修改类属性：

class Apple(object):
    count=0
    def add_one(self):
        self.count=1
    @classmethod
    def add_two(cls):
        cls.count=2

apple=Apple()
apple.add_one()
print(Apple.count)
Apple.add_two()
print(Apple.count)

从结果可以看出，调用对象方法addone后，类属性的值count没有改变。因为对象代码中self.count=1实际上创建了一个同名的对象属性，并没有修改属性值，而调用addtwo类方法后，类属性的值就被修改为2.

那么谁可以调用类方法呢？Python是一个很灵活的语言，虽然叫做类方法，但是对象和类都可以调用。当对象调用类方法时，系统自动将对象所属的类作为第一个默认参数传入。我们使用一个例子来测试一下：

class ExampleClass(object):
    @classmethod
    def class_method(cls):
        print("---类方法---")
        print(cls)

example=ExampleClass()
example.class_method()
ExampleClass.class_method()

从这个例子可以看出，对象和类都可以调用类方法，而且从打印结果可知，传入的第一个参数都是类。

4.6 静态方法

静态方法是使用修饰器@staticmethod进行修饰的方法，它不需要传入默认参数，所以与类没有很强的联系。由于没有传入默认的参数，所以在静态方法中不能直接访问类属性和方法，需要通过类名方法名和属性名来访问。

那么对象和类可以调用动态方法吗？我们进行一个测试：

class ExampleClass(object):
    @staticmethod
    def static_method():
        print("---静态方法---")

example=ExampleClass()
example.static_method()
ExampleClass.static_method()

从测试结果可以看出，类和方法都可以调用静态方法。
至此，我们学习了对象方法，类方法和静态方法，我们通过下表对他们的具体特征进行归纳：

方法	第一个参数	修饰器	类和对象访问
实例方法	self	无	对象可以直接访问，类需要传入参数
类方法	cls	@classmethod	都可以直接访问
静态方法	无	@staticmethod	都可以直接访问

在Python中，有一种私有机制用于限制对类的属性和方法的直接访问。这通过在属性名或方法名前面添加一个或两个下划线来实现。这种机制被称为名称修饰（Name Mangling）。

1. 单下划线 _：

   • 以单下划线开头的属性或方法被视为“受保护”的，表示它们不应该在类外部直接访问，但并没有强制限制。
   • 这只是一种约定，用于告诉其他程序员“请不要直接访问这个属性或方法”。

   class MyClass:
       def __init__(self):
           self._protected_variable = 42
   
   obj = MyClass()
   print(obj._protected_variable)  # 可以访问，但是被视为受保护的
   

2. 双下划线 __：

   • 以双下划线开头的属性或方法会进行名称修饰，变成 _类名__属性名 或 _类名__方法名 的形式。
   • 这种方式使得属性或方法在类的外部几乎无法直接访问，但在类内部是可以的。

   class MyClass:
       def __init__(self):
           self.__private_variable = 42
   
       def __private_method(self):
           print("This is a private method.")
   
   obj = MyClass()
   # 在类的外部访问双下划线开头的属性和方法会进行名称修饰
   print(obj._MyClass__private_variable)
   obj._MyClass__private_method()
   

请注意，虽然可以通过名称修饰来实现某种程度上的私有性，但在Python中并没有真正的私有性。这是因为在Python中，“我们都是成年人（We are all consenting adults here）”的理念，强制执行私有性可能会破坏灵活性和开发者的创造力。因此，开发者被信任以负责使用和维护这些规定。

4.7 保护对象的私有属性

在开发中，我们有时会不希望对象的私有属性被外界随意访问和修改的情况，我们希望外界对属性的操作在我们的控制范围之内，此时一般的处理方式是：

• 将属性定义为私有
• 添加一个公有方法，用于属性操作

现在我们将类Girl修改一下，使用方法来修改它的私有属性_age:

class Girl(object):
    def __init__(self,age):
        self._age=age
    def get_age(self):
        is_stranger=False
        if is_stranger:
            return 0
        else:
            return self._age
    def set_age(self,age):
        if 110>age>0:
            self._age=age
        else:
            print("年龄不正确")
lily=Girl(25)
lily.set_age(18)
print(lily.get_age())

4.7 更便捷地访问私有属性——使用@property

@property装饰器可以把方法变成属性调用。
是的，@property 装饰器是用于将一个方法变成只读属性的一种方式。它允许你像访问属性一样调用方法，而不需要添加额外的括号。

在一个类中，如果你有一个方法返回某个值，并且你希望在使用该方法时像访问属性一样，而不是使用括号调用方法，可以使用 @property 装饰器。

以下是一个简单的例子：

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self._radius = radius

    @property
    def radius(self):
        return self._radius

    @property
    def diameter(self):
        return self._radius * 2

    @property
    def area(self):
        return 3.14 * self._radius ** 2

# 创建一个 Circle 实例
my_circle = Circle(radius=5)

# 使用 @property 装饰器后，可以像访问属性一样访问方法
print(my_circle.radius)   # 输出: 5
print(my_circle.diameter) # 输出: 10
print(my_circle.area)     # 输出: 78.5

在这个例子中，radius、diameter 和 area 方法都被用 @property 装饰器修饰，因此可以直接访问，而不需要在后面添加括号。这提高了代码的可读性，并使其更像是访问对象的属性而不是调用方法。