零基础学Python之面向对象

1.面向对象编程简介

(1)什么是面向对象

面向对象程序设计(Object Oriented Programming)作为一种新方法,其本质是以建立模型体现出来的抽象思维过程和面向对象的方法。模型是用来反映现实世界中事物特征的。任何一个模型都不可能反映客观事物的一切具体特征,只能对事物特征和变化规律的一种抽象,且在它所涉及的范围内更普遍、更集中、更深刻地描述客体的特征。通过建立模型而达到的抽象是人们对客体认识的深化。

Python从设计之初就已经是一门面向对象的语言,正因为如此,在Python中创建一个类和对象是很容易的。

(2)面向对象技术简介

  • 类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
  • 类变量: 类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
  • 数据成员: 类变量或者实例变量, 用于处理类及其实例对象的相关的数据。
  • 方法重写: 如果从父类继承的方法不能满足子类的需求,可以对其进行改写,这个过程叫方法的覆盖(override),也称为方法的重写。
  • 局部变量: 定义在方法中的变量,只作用于当前实例的类。
  • 实例变量: 在类的声明中,属性是用变量来表示的。这种变量就称为实例变量,是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。
  • 继承: 即一个派生类(derived class)继承基类(base class)的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。
  • 实例化: 创建一个类的实例,类的具体对象。
  • 方法: 类中定义的函数。
  • 对象: 通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员(类变量和实例变量)和方法。

(3)创建类语法

class ClassName:
   '类的帮助信息'   #类文档字符串
   class_suite  #类体
# 创建一个Person类,定义函数
class Person:
    def introduce_self(self):
        print("自定义函数")

# 实例化对象
person = Person()
person.introduce_self()

# 定义类名需要使用驼峰的命名方式。
# 通过id函数证明实例化出来的两个对象都是不同的
person1 = Person()
person2 = Person()
print(id(person1))
print(id(person2))

2.类的构造函数

构造函数,是一种特殊的方法,主要用来创建对象的时候去初始化对象,即为对象成员变量附初始值。

构造函数每次实例化对象的时候,均会帮我们自动执行构造函数里的代码。

在python中,使用_init_ 作为构造函数,如果不显式写构造函数,python会自动创建一个无任何操作的默认构造函数。

class Person:
    def __init__(self):
        print("person")

person1 = Person()
person2 = Person()

# 输出:person

作为模板,在构造函数中,为必须的属性绑定对应的值。

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

    def introduce_self(self):
        print(self.name, self.age, self.height)

# 实例化对象的时候,为属性赋值
person = Person("lixiang", 11, 11)
# 调用对象方法可以使用对象名.方法名()
person.introduce_self()

# 输出:lixiang 11 11

注意:当使用了构造函数,且构造函数式带参的且无默认参数,此时,实例化对象的时候,必须显式入参,否则会报错。若要避免错误,可以在构造函数使用默认参数。

3.类变量与实例变量

类变量: 类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。类变量在整个实例化的对象中是公用的。

实例变量: 定义在方法中的变量,用 self 绑定到实例上,只作用于当前实例的类。

访问实例变量可以使用对象名.属性,访问类变量可以使用类名.属性。

class Person:

    # 类变量
    total = 0

    def __init__(self, name, age, height):
        # 实例变量
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height

person = Person("lixiang", 11, 12)
print(person.name)
# 如果要修改实例变量的值,可以使用对象名.属性=新值的方式进行赋值
person.name = "zhangsan"
print(person.name)
print(person.total)
# 如果要修改类变量的值,可以使用类名.属性=新值的方式进行赋值
Person.total = 1
print(person.total)

# 输出:
# lixiang
# zhangsan
# 0
# 1

实例变量查找规则:先从实例变量里面找,找不到,看看类变量有没有,没有的话,去父类找,还是找不到报错。

print(person.total)之所以没有报错,就是这个原因。

在对象里面,有一个__dict__对象,存储着对象相关的属性。

print(person.__dict__)

# 输出:{'name': 'zhangsan', 'age': 11, 'height': 12}
# 以字典的形式输出,输出对象的相关属性。

同样,类也有对应的__dict__,存储着与类相关的信息。

print(Person.__dict__)

# 输出:{'__module__': '__main__', 'total': 1, '__init__': , '__dict__': , '__weakref__': , '__doc__': None}

除了__dict__,还有以下几个Python的内置属性。

  • _doc_ :类的文档字符串
  • _name_: 类名
  • _module_: 类定义所在的模块(类的全名是’main.className’,如果类位于一个导入模块mymod中,那么className.module 等于 mymod)
  • _bases_ : 类的所有父类构成元素(包含了一个由所有父类组成的元组)

4.实例方法与self关键字

实例方法: 与实例变量类似,属于实例化之后的对象,定义实例方法至少要有一个self入参,调用是不需要传,只能由实例对象调用。

self关键字: self指向实例本身,我们在实例方法中要访问实例变量,必须使用self.变量名的形式。

class Person:
    total = 0
    def __init__(self, name, age, height):
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height
    def info(self):
        print("hello,my name is %s,my age is %d and i'm %d height" % (self.name,self.age, self.height))

# 输出:hello,my name is lixiang,my age is 11 and i'm 12 height

注意:不能直接使用类名去访问实例方法。

5.类方法与静态方法

类方法: 类方法使用装饰器@classmethod。第一个参数必须是当前类对象,该参数名一般约定为“cls”(不是cls也没关系,但是,约定俗成的东西不建议变动),通过它来传递类的属性和方法(不能传实例的属性和方法)

其调用对象可以是实例对象和类。

class Person:
    total = 0
    @classmethod
    def print_detail(cls):
        cls.total = 1
        print(cls.total)
# 实例话对象的时候,使用类名,即可完成实例化
Person.print_detail()

# 输出:1 

静态方法: 使用装饰器@staticmethod。参数随意,没有“self”和“cls”参数,但是方法体中不能使用类或实例的任何属性和方法。

静态方法是类中的函数,不需要实例。静态方法主要是用来存放逻辑性的代码,逻辑上属于类,但是和类本身没有关系,也就是说在静态方法中,不会涉及到类中的属性和方法的操作。可以理解为,静态方法是个独立的、单纯的函数,它仅仅托管于某个类的名称空间中,便于使用和维护。

class Person:
    total = 0
    @staticmethod
    def print_detail():
        print("hello word")
Person.print_detail()

# 输出:hello word

6.变量方法访问限制

_foo_: 定义的是特殊方法,一般是系统定义名字 ,类似 _init_() 之类的。

_foo: 以单下划线开头的表示的是 protected 类型的变量,即保护类型只能允许其本身与子类进行访问,不能用于 from module import *。

__foo: 双下划线的表示的是私有类型(private)的变量, 只能是允许这个类本身进行访问了。

foo: 什么都不加表示公有类型(public)的变量。

class Person():
    # 构造函数,用于为成员变量赋初始值
    def __init__(self, name):
        # 属性私有化
        self.__name = name

    # 只能通过提供的set方法去进行设置值
    def set_name(self, name):
        self.name = name

    # 私有方法,只能在当前类中进行调用
    def __info(self):
        print("my name is %s" % self.name)

7.面向对象之继承

继承可以使得子类具有父类的属性和方法或者重新定义、追加属性和方法等。

Python中在定义类的时候,类名后有个括号,当括号里写着另外一个类的名字时,表示该类继承于另外一个类。

# 定义动物类
class Animal:

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def eat(self):
        print(self.name,":吃饭")
        
class Dog(Animal):
    # 子类可以有自己的属性与方法
    def  eat_bones(self):
        print(self.name,":吃骨头")

class Cat(Animal):
    pass

dog = Dog("狗")
dog.eat()
dog.eat_bones()

cat = Cat("猫")
cat.eat()

# 输出:
# 狗 :吃饭
# 狗 :吃骨头
# 猫 :吃饭

注意:子类具备父类所有的属性与功能,但是父类并不具备子类的属性与功能。

当子类有自己的构造方法时,将会覆盖父类的构造方法。

class Animal:
    def __init__(self):
        print("Animal")
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def __init__(self):
        print("Dog")
dog = Dog()

# 输出:Dog

子类可以重写父类方法,重写之后,当子类对象调用该方法时,执行的是子类中的方法实现。

class Animal:
    def __init__(self):
        print("Animal")
    def eat(self):
        print("Animal is eating")
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("Dog is eating")
dog = Dog()
dog.eat()

# 输出:Dog is eating

注意: 当且仅当子类方法与父类同名,入参相同,才可称之为重写父类的方法。

8.super的作用及其用法

super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法。一般是用来解决多重继承问题的,直接用类名调用父类方法在使用单继承的时候没问题,但是如果使用多继承,会涉及到查找顺序(MRO)、重复调用等种种问题。

语法:super(类名,self)

在python3中,可以直接使用super()而无需任何参数来调用父类。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def __init__(self, name):
        super(Dog, self).__init__(name)
        print("Dog")
dog = Dog("Tom")
print(dog.__dict__)
print(dog.name)

# 输出:
# Dog
# {'name': 'Tom'}
# Tom

9.抽象方法与多态

抽象方法:在面向对象编程语言中抽象方法指一些只有方法声明,而没有具体方法体的方法。抽象方法一般存在于抽象类或接口中。抽象类的一个特点是它不能直接被实例化,子类要么是抽象类,要么,必须实现父类抽象类里定义的抽象方法。

在python3中可以通过使用abc模块轻松的定义抽象类。

from abc import ABCMeta, abstractmethod
# 定义抽象类时,使用metaclass=ABCMeta
class Animal(metaclass=ABCMeta):
    # 抽象方法加上@abstractmethod注解
    @abstractmethod
    def eat(self):
        pass
class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("dog is eating")
dog = Dog()
dog.eat()

注意:抽象类的子类必须实现抽象类中所定义的所有方法,否则,程序不能正确运行。会报 TypeError: Can't instantiate abstract class Dog with abstract methods run 这个错误。

多态:不同的 子类对象调用 相同的 父类方法,产生 不同的 执行结果,可以增加代码的外部 调用灵活度。

from abc import ABCMeta, abstractmethod
class Animal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def eat(self):
        pass

    @abstractmethod
    def run(self):
        pass
    def activity(self):
        self.eat()
        self.run()

class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("Dog is eating")
    def run(self):
        print("dog is running")

class Cat(Animal):
    def eat(self):
        print("cat is eating")
    def run(self):
        print("cat is running")
# 不同的子类对象,调用父类的activity方法,产生不同的执行结果
dog = Dog()
cat = Cat()
dog.activity()
cat.activity()
# 输出:
# Dog is eating
# dog is running
# cat is eating
# cat is running 

10.Python多继承

Python多继承会拥有所有父类的方法。

class Father:
    def power(self):
        print("大力")

class Mother:
    def sing(self):
        print("唱歌")

class Me(Father, Mother):
    pass

me = Me()
me.power()
me.sing()

# 输出:
# 大力
# 唱歌

当继承多个父类时,如果父类中有相同的方法,那么子类会优先使用最先被继承的方法。

class Father:
    def eat(self):
        print("喜欢吃红烧猪排骨")

class Mother:
    def eat(self):
        print("喜欢吃咸菜小米粥")

class Me(Father, Mother):
    pass

me = Me()
me.eat()

# 输出:喜欢吃红烧猪排骨

11.Python枚举类

(1)什么是枚举

在数学和计算机科学理论中,一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序,或者是一种特定类型对象的计数。这两种类型经常(但不总是)重叠。

定义枚举类继承Enum类。

from enum import Enum, unique
class Class(Enum):
    JAVA = 1
    PYTHON = 2
    GO = 3

def test(clazz):
    if clazz == Class.JAVA:
        print("JAVA")
    elif clazz == Class.PYTHON:
        print("PYTHON")
    else:
        print("GO")

test(Class.JAVA)

通过枚举成员获取key以及value。

# 通过枚举成员获取名字
print(Class.JAVA.name)
# 通过枚举成员获取值
print(Class.JAVA.value)

# 输出:
# JAVA
# 1

通过值获取枚举成员。

print(Class(1))

# 输出:JAVA

注意:定义枚举时,其枚举成员的名称不允许相同。
零基础学Python之面向对象_第1张图片

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