面向对象编程：一切皆对象

面向对象(OOP)是一种编程范式,它使用''对象''来设计软件。对象可以包含数据和代码：数据代表对象的状态，而代码代表操作数据的方式。在面向对象编程中，一切皆对象，这意味着将现实世界事务使用类与实例来模拟，如灯，汽车，导弹，杯子，都可以用类和实例来模拟。

一 、类与实例

类

类是对现实世界描述的一种类型。它定义了一组具有相同属性和方法的对象的结构。类名通常使用大驼峰命名法，例如 ElectricCar。

class ElectricCar:
    pass

类是抽象的，约定了未来实例应该有的内容，是实例的模板。

实例

实例是类的具现化。通过调用类来生成实例：

class ElectricCar:
    pass
my_car = ElectricCar()

实例是具体的，具有具体的数据。实例的内容依赖于类。

二、self

self 是类的一个特殊变量，用于代表未来的实例。在类的内部，self 用于访问类的属性和方法。

初始化函数

__init__ 是一个特殊的方法，称为构造器，用于初始化新创建的对象。

class ElectricCar:
    def __init__(self, make, model):
        self.make = make
        self.model = model

 魔法函数

Python 提供了一系列特殊的方法，称为魔法函数，例如 __str__、__len__ 和比较方法 __eq__ 等。

# 内部编写所有魔法方法的使用案例
'''
以双下滑线开头和结尾的为魔法函数
__init__: 用于初始化对象。
__str__: 返回实例用字符串表示，自定义内容
__len__:当使用 len() 函数时调用，返回容器类型的长度。

实例与实例之间也可以比较了
__eq__ :==触发
__ne__ :!=触发
__gt__ :>触发
__ge__ :>=触发
__lt__ :< 触发
__le__ :<=触发

__add__ :+触发
__sub__ :-触发
__mul__ :*触发
__truediv:/触发
__floordiv__://触发
__mod__:%触发
__divmod__:div(x,y)触发
'''


# class Myclass:
#     def __init__(self, name, age):
#         print('初始化函数执行了')
#         self.name = name
#         self.age = age
#
#     def __str__(self):
#         return f'姓名：{self.name},年龄：{self.age}'
#
#     def __len__(self):
#         return len(self.name)
#
#     def __gt__(self, other):
#         '''
#         用>来判断年龄大小
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age > other.age
#
#     def __lt__(self, other):
#         '''
#         用<来判断 年龄大小
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age < other.age
#
#     def __ge__(self, other):
#         '''
#         用>=来判断 年龄大小
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age >= other.age
#
#     def __le__(self, other):
#         '''
#         用<=来判断 年龄大小
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age <= other.age
#
#     def __eq__(self, other):
#         '''
#         判断两个实例age和name是否完全相等
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age == other.age and self.name == other.name
#
#     def __ne__(self, other):
#         '''
#         判断两个实例 age 或者 name 是否有一方不相等
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age != other.age or self.name != other.name
#
#     def __add__(self, other):
#         '''
#         返回两个实例的age相加
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age + other.age
#
#     def __mul__(self, other):
#         '''
#         返回两个实例的age乘积
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age * other.age
#
#     def __divmod__(self, other):
#         '''
#         先求除 再求余
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return divmod(self.age, other.age)
#
#     def __mod__(self, other):
#         '''
#         返回两个实例的
#         :param other:
#         :return:
#         '''
#         return self.age % other.age
#
#
# mc = Myclass('亲亲亲', 18)
# print(mc)
# # __len__
# print(len(mc))
#
# mc2 = Myclass('顺子', 18)
# # __str__
# print(mc2)
# __gt__
# print(mc > mc2)
# # __lt__
# print(mc < mc2)
# # __ge__
# print(mc >= mc2)
# __le__
# print(mc <= mc2)
# __eq__
# print(mc == mc2)
# # __nq__
# print(mc != mc2)
# # __add__
# print(mc + mc2)
# # __mul__
# print(mc * mc2)
# __mod__
# print(mc % mc2)
# __divmod__
# print(divmod(mc, mc2))

构造函数与析构函数

构造函数用于创建实例，返回实例，通过父类来创建实例，super()._new()而析构函数在实例不再使用时执行，用于清理资源。

"""
构造函数：创建并且返回实例（self）
初始化函数： self已经创建完成，可以向self中添加数据
析构函数： 销毁实例 清理实例内存  实例不在使用则回收实例内存之前汇执行对应的析构函数
"""


# class MyClass:
#     def __new__(cls, *args, **kwargs):
#         # 调用父类的new方法创建一个实例
#         instance = super().__new__(cls)
#         print(f"构造函数执行了", id(instance))
#         # 将创建好的实例返回 返回给初始化函数
#         return instances
#
#     def __init__(self, name):
#         print(f"初始化函数执行了", id(self))
#         self.name = name
#
#     def __del__(self):
#         print(f"析构函数执行了")
#
#
# mc1 = MyClass("阿拉伯")
# print(id(mc1), id(None), mc1 is None)
#
# mc1 = None
# print("程序执行完毕  将要退出")
# #  程序退出执行析构mc1



class MyOpen:
    def __init__(self, filename, mode="r", encoding="utf8"):
        self.f = open(filename, mode=mode, encoding=encoding)

    def read_all(self):
        return self.f.read()

    def __del__(self):
        self.f.close()


mo = MyOpen("./65.魔法函数.py")
print(mo.read_all())

三、三大特性

封装

封装是将数据（属性）和操作数据的方法组合在一起的过程。封装确保了数据的安全性，只能通过特定的方法来访问和修改。

# 装饰器：一个函数，用于增强或修改另一个函数的行为，通常通过返回一个新的函数来实现。
import random
import time

datas = [random.randint(0, 10000) for i in range(10000)]
# 通过浅拷贝 得到一模一样的列表
datas_copy = datas.copy()


def time_cost(f):
    def calc():
        stat = time.time()
        f()
        print(f'{f}花费的时间开销为：{time.time() - stat}')

    return calc


@time_cost
def my_fun1():
    datas.sort()
    print(datas)


my_fun1()


@time_cost
def my_fun2():
    new_list = sorted(datas_copy)
    print(new_list)


my_fun2()

import random
import time

datas = [random.randint(0, 10000) for i in range(10000)]
# 通过浅拷贝 得到一模一样的列表
datas_copy = datas.copy()


def time_cost(f):
    def calc():
        stat = time.time()
        f()
        print(f'{f.__name__}花费的时间开销为：{time.time() - stat}')

    return calc


def fun1():
    datas.sort()
    print(datas)


fun1 = time_cost(fun1)
fun1()  # 此时的fun1（）不是fun1（）而是calc（）


def fun2():
    new_list = sorted(datas_copy)
    print(new_list)


fun2 = time_cost(fun2)
fun2()  # 此时的fun2（）不是fun2（）而是calc（）

继承

继承允许新创建的类（子类）继承现有类（父类）的属性和方法。

• __base__     ：获取父类
•  __bases__  ：获取父类元组
•  __class__   ：返回实例对应的类

多继承

继承多个父类-java，c# 只支持单继承，通过接口等来实现多继承的功能，Python直接就可以有多个父类。

# 多继承 继承多个父类

class SpeakAble:
    def __init__(self, la):
        self.la = la

    def speak(self):
        return print(f'I can speak {self.la}')


class SpeedAble:
    def __init__(self, speed):
        self.speed = speed

    def move(self):
        print(f'Moving at a speed of {self.speed} km/h')


class Person(SpeedAble, SpeakAble):
    def __init__(self, name, la, speed):
        self.name = name
        SpeedAble.__init__(self, speed)
        SpeakAble.__init__(self, la)

    def __str__(self):
        return f'name: {self.name}, language: {self.la}, speed: {self.speed}'


class ATM(Person):
    def __init__(self, name, speed, la, skill):
        super().__init__(name, la, speed)
        self.skill = skill

    def show(self):
        return print(f'{self.name},{self.speed},{self.la},{self.skill}')

    def attack(self):
        print(f'{self.name} is attacking with a skill: {self.skill}')


atmo = ATM('赛罗', 1000, '光环语言', '赛罗光纤')
atmo.show()
atmo.move()
atmo.speak()
atmo.attack()
# 多继承 mro : method(方法) retrieval(检索)  order(顺序)
# Python3 使用广度优先

# print(ATM.mro())

多态

多态允许同一个接口接受不同的数据类型。在Python中，多态是隐式实现的，不需要显式定义。

# 同名不同参数

# def my_fun(a):
#     print(a)
#
#
# def my_fun(a, b):
#     print(a, b)
#
#
# # 后一个的my_fun()覆盖掉了上方的my_fun
# my_fun(10, 2)


# 在面向对象编程中，子类可以重写父类的方法，当调用子类实例的方法时，将执行子类中的方法定义。
class Animal:
    def walk(self, speed):
        print('walk')


class Dog(Animal):
    def walk(self, speed):
        print('run')


class Cat(Animal):
    def walk(self, speed):
        print('sheep')


# 类似于多态！结果以元组的形式输出
def my_fun(*args):
    print(args)


my_fun(10)
my_fun(10, 11)
my_fun(10, 11, 22)
my_fun(10, 11, 22, 33)

抽象类

抽象类是一种特殊的类，它不能被实例化，但可以包含抽象方法。子类继承抽象类时，必须实现这些抽象方法。

'''
抽象类是一种不能被实例化的类
'''

from abc import ABC, abstractmethod


class Animal(ABC):
    '''
    通过装饰器abstractmethod把walk变为抽象方法
    '''

    @abstractmethod
    def walk(self):
        pass

    def eat(self):
        print('可以吃')


class Dog(Animal):
    def walk(self):
        print('dog can walk')


class Cat(Animal):
    def walk(self):
        print('cat can walk')


dog = Dog()
dog.walk()  # 输出: Woof!

cat = Cat()
cat.walk()  # 输出: Meow!

四、类中内容

实例属性

向实例中添加的数据，可以通过类内 self 或类外实例来添加。

实例方法

第一个参数是 self 的方法，可以通过类内或类外实例来调用。

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

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

    def __str__(self):
        return f'类名：{self.name} 类别：{self.sex}'


p = Person('泉', '男')
print(p)

类属性

类属性可以通过类名直接访问和设置。

class MyClass:
    # 类属性
    class_attribute = 'I am a class attribute'

    @classmethod
    def class_method(cls):
        print(cls.class_attribute)

    @classmethod
    def update_class_attribute(cls, new_value):
        cls.class_attribute = new_value


print(MyClass.class_attribute)  # I am a class attribute

MyClass.class_method()          # I am a class attribute

类方法

使用 @classmethod 装饰器的方法，第一个参数通常是 cls，表示类本身。

class MyClass:
    @classmethod
    def class_method(cls):
        # cls 代表 MyClass 类
        print(f"这是 {cls} 的类方法")


# 类方法可以通过类直接调用，也可以通过类的实例调用，但推荐通过类直接调用。

MyClass.class_method()  # 推荐方式

# 实例也可以调用类方法，但这不是推荐的做法
my_instance = MyClass()
my_instance.class_method()

静态方法

使用 @staticmethod 装饰器的方法，没有特殊的参数，通常用于辅助功能。

# 静态方法  不需要 self 或 cls 参数，不能访问类或实例的属性。
class GamePerson:
    @staticmethod
    def play_name():
        pass

    @staticmethod
    def play_age():
        pass

    @staticmethod
    def play_sex():
        pass

    @staticmethod
    def play_address():
        pass


GamePerson.play_name()
GamePerson.play_age()
GamePerson.play_address()
GamePerson.play_sex()

五、Python的灵活性

Python 是一种解释性语言，允许动态地向类中添加内容，包括属性、方法等。

数据的访问级别

在面向对象编程中，数据的访问级别（也称为访问修饰符）用于控制类成员（属性和方法）的可见性和可访问性。Python 没有像 Java 或 C++ 那样的严格访问级别，但是它遵循一些约定来模拟访问控制。以下是 Python 中常见的数据访问级别：

公有（Public）

• 公有属性和方法没有特定的修饰符。它们可以直接从类的实例和类的外部访问。
• 公有成员通常以小写字母开头，这是 Python 的惯例。

# 公有（Public）
class Car:
    def __init__(self, color):
        self.color = color  # 公有属性

    def start(self):    # 公有方法
        return f'The car starts.'

print(car.start())

私有(Private)

• 私有成员以双下划线 __ 开头。它们通常只在类内部使用，不可从类的外部直接访问。
• Python 中的私有属性和方法实际上并不是真正的私有，它们可以通过_classname__attributename 的方式访问，但这是一种约定，表明这些成员不应该从外部访问。

  # 私有(Private)
  # 私有成员以双下划线 __ 开头。
  class Car:
      def __init__(self):  # 私有属性
          self.__max_spend = 200
  
      def get_max_spend(self):  # 公开私有属性的方法
          return self.__max_spend
  
  
  car = Car()
  print(car.get_max_spend())

  保护（Protected）

  • 受保护的成员以单个下划线 _ 开头。它们可以在类本身和继承的子类中访问，但不应在类的外部访问。
  • 与私有成员一样，Python 中的受保护成员也不是真正的受保护，但遵循约定不应从外部访问。

    # 私有(Private)
    # 私有成员以双下划线 __ 开头。
    class Car:
        def __init__(self):  # 私有属性
            self.__max_spend = 200
    
        def get_max_spend(self):  # 公开私有属性的方法
            return self.__max_spend

六、属性封装 

使用 @property 装饰器可以创建只读属性，使用 @属性名.setter 可以定义设置属性值的方法。

上方的代码保护（Protected）中_color 属性是一个受保护的成员，这意味着它按照惯例应该只在类内部或子类中访问。然而，由于 Python 的动态特性仍可以通过从类的外部访问和修改它。

为了更好地封装，可以使用属性装饰器 @property 来提供对属性的受控访问：

# 保护(Protected)
class Car:
    def __init__(self):
        self._color = 'red'  # 受保护的属性

    @property
    def color(self):
        # 只读属性，外部不能直接设置_color的值
        return self._color

    @color.setter
    def color(self, new_color):
        # 可以在这里添加验证逻辑
        self._color = new_color

# 使用 setter 方法修改颜色
car = Car()
car.color = 'yellow'  # 使用属性的方式调用 setter 方法
print(car.color)  # 使用属性的方式获取颜色，将输出 'yellow'

在这个修改后的版本中，color 是一个属性，提供了对 _color 的受控访问。外部代码应该使用 car.color 来获取和设置颜色值，而不是直接使用 car._color。这样，您可以在 color 的 setter 方法中添加验证逻辑，确保属性值的有效性。

单例类

单例类确保只有一个实例存在。它通过控制构造函数来实现这一点。

class Person:
    pass


# 每次调用类都可以生成一个新的实例
p1 = Person()
p2 = Person()
p3 = Person()

print(p1 is p2, p2 is p3, p3 is p1)


class Manage(object):
    instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        '''
        对构造函数进行控制 不是每次都生成新的实例
        1. 对类属性instance判断 如果为空 就构造一个实例 并且把实例赋予instance
        2. 对类属性instance判断 如果不为空 则直接把他返回
        '''
        if not Manage.instance:
            Manage.instance = super().__new__(cls)
        return Manage.instance

    def __init__(self):
        print('初始化函数执行了')


m1 = Manage()
m2 = Manage()
print(m1 is m2, m1 is None, m2 is None)

结论

面向对象编程是一种强大的范式，它通过类和实例的概念，提供了一种自然的方式来模拟现实世界中的事务。Python 的灵活性和动态特性使得OOP在Python中得以广泛应用。通过封装、继承和多态，OOP提高了代码的可重用性、灵活性和可维护性。