【新人系列】Python 入门（十七）：类与对象

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两类软件开发设计方法：

• 面向过程编程： 根据业务逻辑从上往下，将需要用到的功能代码封装到函数中，着重关注开发的步骤和过程，典型代码为 C 语言。（关注过程）
• 面向对象编程： 将函数或所需要的功能进行分类和封装，着重关注谁帮我做这件事，典型代码为 Java、C++ 等语言。（关注结果）

1. 理解类和对象

1.1 类和对象的定义

面向对象编程的 2 个非常重要的概念：类和对象。类也有属性和行为两个部分组成，而对象是类的具体实例。

• “类”（Class）是一种用户自定义的数据类型，它定义了一组具有相同属性（数据成员）和行为（成员函数或方法）的对象的模板或蓝图。

可以将类想象成一个模具，它规定了用它制造出来的东西（对象）应该具有的特征和能执行的操作。

例如，定义一个 “学生” 类，可能包含学生的姓名、年龄、学号等属性，以及获取成绩、修改个人信息等方法。

• “对象”（Object）则是类的具体实例。

也就是说，通过类这个模具创建出来的一个个具体的个体就是对象。

比如根据 “学生” 类创建出来的具体的某个学生小明，他有自己具体的姓名、年龄和学号等属性值，并且能执行类中定义的方法。

对象具有自己独立的状态（由其属性值决定），并且可以通过调用其方法来执行相关操作，与其他对象进行交互和协作，以完成程序的功能。

1.2 类的构成

类由 3 个部分构成：

• 类的名称：类名
• 类的属性：事物的特征描述信息，用于描述某个特征 “是什么”
• 类的方法：允许对进行操作的方法（行为），用于说明事物 “能做什么”

抽象技巧： 拥有相同（或者类似）属性和行为的对象都可以抽象成一个类。

2. 创建类和对象

2.1 创建类

定义类有 2 种形式：新式类和经典类

使用 class 语句来创建一个新类，class 之后为类的名称并以冒号结尾。

1. 定义经典类

class ClassName:
    '类的帮助信息'   # 类文档字符串
    class_suite    # 类体

2. 定义新式类

class ClassName(object):
    '类的帮助信息'   # 类文档字符串
    class_suite    # 类体

Tips：经典类和新式类的区别

在 Python 2.x 中，经典类和新式类的区别：

• 继承搜索顺序不同：
  • 经典类：深度优先搜索。
  • 新式类：广度优先搜索。
• 基类不同：
  • 经典类：如果没有显式地继承自某个类，那么不会隐式地继承自 object 类。
  • 新式类：如果没有指定父类，则默认继承自 object 类。
    在 Python 3.x 中，只有新式类，所有的类都继承自 object 类，上述区别不再存在。

3. 创建对象

对象名1 = 类名()
对象名2 = 类名()
对象名3 = 类名()

首字母大写的名称指的是类，并且建议使用驼峰式命名法。

类中的实例方法与普通的函数只有一个特别的区别 —— 它们必须有有一个额外的第一个参数名称，按照惯例它的名称是 self。self 代表类的实例，self 在定义类的实例方法时是必须有的，虽然在调用时不必传入相应的参数。

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        # 类内初始化方法中定义属性
        self.name = name
        self.age = age
        self.fur_colour = 'white'  # 默认值

    def sit(self):
        print(f"{self.name} is now sitting.")

    def roll_over(self):
        print(f"{self.name} rolled over!")

    def paw_colour(self, colour):
        self.paw_colour = colour    # 类内方法中定义属性

# 创建对象
my_dog = Dog('Willie', 6)

# 类外定义对象的属性
my_dog.eye_colour = 'blue'

Tips：
self 名称只是通用的名称，可以使用自定义的名称代替 self，但要保证类方法中的该名称都要保持一致。

2.2 实例变量和类变量

• 实例变量，可以由类的对象来调用，这里可以看出成员变量一定是以 self. 的形式给出的，因为 self 的含义就是代表实例对象。
• 类变量，可以由类名直接调用，也可以由对象来调用。
  上面例子涉及到的所有变量都属于实例变量，我们再通过例子进一步看看类变量如何调用。
• 类变量类内调用：可以通过 self 进行调用（self.host），也可以通过类名称进行调用（Dog.host）。
• 类变量类外调用：调用方式则和实例变量一样，可以通过实例名称进行调用（my_dog.host），但也可以通过类名进行调用（Dog.host）。

另外需要注意的是，不能通过类名称调用实例变量，例如 Dog.name 这样的调用是不被允许的。

class Dog:
    host = 'john'    # 定义类变量

    def __init__(self, name, age):
        # 类内初始化方法中定义属性
        self.name = name
        self.age = age
        self.fur_colour = 'white'  # 默认值

    def sit(self):
        print(f"{self.name} is now sitting.")

    def roll_over(self):
        print(f"{self.name} rolled over!")

    def paw_colour(self, colour):
        self.paw_colour = colour  # 类内方法中定义属性

    def find_host(self):
        print(f"{self.name}'s host is {self.host}.")  # 类变量使用方法一（Willie's host is john.）
        print(f"{Dog.host} is really nice!")  # 类变量使用方法二（john is really nice!）


# 创建对象
my_dog = Dog('Willie', 6)

# 类外定义对象的属性
my_dog.eye_colour = 'blue'

# 使用类变量
my_dog.find_host()
print(Dog.host)     # john

2.3 使用类

class Dog:
    --snip--
    
# 创建对象
my_dog = Dog('Willie', 6)

# 调用属性
print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")       # My dog's name is Willie.
print(f"My dog is {my_dog.age} years old.")     # My dog is 6 years old.
my_dog.fur_colour = 'brown'  # 直接修改属性
print(my_dog.fur_colour)     # brown

# 调用方法
my_dog.sit()         # Willie is now sitting.
my_dog.roll_over()   # Willie rolled over!
my_dog.paw_colour('black')   # 通过方法修改属性的值
print(my_dog.paw_colour)     # black

3. 构造函数和析构函数

3.1 构造函数

init( ) 方法是 Python 中一种特殊的方法，被称为类的构造函数或初始化法，当创建了这个类的实例时就会调用该方法。

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        # 类内初始化方法中定义属性
        self.name = name
        self.age = age
        self.fur_colour = 'white'  # 默认值

3.2 析构函数

• 创建对象后，python 解释器默认调用 init( ) 方法
• 当删除对象时，python 解释器也会默认调用一个方法，这个方法为 del( ) 方法

删除触发时机：

• 在 Python 中，当对象不再被使用并且没有任何引用指向它时，垃圾回收器会自动回收对象占用的内存，此时会触发对象的析构函数 del。
• 需要注意的是，Python 的垃圾回收机制并不会立即回收不再使用的对象，而是在合适的时机进行清理。因此，无法确切地知道 del 方法何时会被调用。
• 但不建议过度依赖 del 方法来进行关键的资源清理操作，对于一些需要明确释放的资源（如文件、网络连接等），建议在使用完毕后手动进行释放，以确保资源的及时释放和程序的稳定性。

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        # 类内初始化方法中定义属性
        self.name = name
        self.age = age
        self.fur_colour = 'white'  # 默认值

    # 当对象被删除时，会自动被调用
    def __del__(self):
        print("__del__方法被调用")
        print(f"{self.name} 去狗狗天堂了...")

4. 类的三种方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，而类中一共有三类方法：

4.1 实例方法

定义：第一个参数必须是实例对象，该参数名一般约定为 “self”，通过它来传递实例的属性和方法（也可以传类的属性和方法）。

调用方式：只能由实例对象调用。

应用场景：用于处理与特定实例相关的操作和逻辑，通常是对实例数据进行操作或执行依赖于实例状态的任务。

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

    # 实例方法，必须要实例化才能使用
    def get_name(self):
        return self.name

    # 实例方法，必须要实例化才能使用
    def get_gender(self):
        return self.gender

    # 修改self名称
    def _get_name(test):
        return test.name

# 调用实例方法的第一种写法：直接用类名+实例化调用
print(Person("张三", "男").get_name())     # 但是这种方法实例没有存到变量里面，所以只能使用一次
print(Person("张三", "男").get_gender())

# 调用实例方法的第二种写法：1.先做实例化；2.用实例名+方法名
teacher = Person("张三", "男")  # 实例化
print(teacher.get_name())
print(teacher.get_gender())
print(teacher._get_name())

4.2 类方法

定义：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”，通过它来传递类的属性和方法（不能传实例的属性和方法）。

调用方式：类和实例对象都可以调用。

应用场景：通常用于处理与类本身相关的操作，例如创建类的不同实例方式、修改类属性等，这些操作不依赖于特定的实例。

class Person:
    count = 0   # 类变量
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender
        Person.count += 1

    def get_name(self):
        return self.name

    # 加classmethod才能识别为类方法
    @classmethod
    def get_instance_count(cls):
        # return cls.count   # 和下行代码同等效果
        return Person.count

    @classmethod
    def create_a_instance(cls):
        print("create instance")
        return Person("张三", "男")    # 类方法里虽然不可以使用实例变量，但是可以创建实例

print(Person.count)  # 0
# 用类调用
print(Person.get_instance_count())   # 0
print(Person.create_a_instance().get_name())    # 张三
print(Person.get_instance_count())   # 1

teacher = Person("李四", "男")
print(Person.get_instance_count())   # 2
print(Person.create_a_instance().get_name())    # 张三

4.3 静态方法

定义：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。

调用方式：类和实例对象都可以调用。

应用场景：用于与类相关但不依赖于类或实例状态的辅助功能，通常是一些通用的工具方法，与类的逻辑相关但不需要访问类或实例的数据。

class MyClass:
    @staticmethod
    def static_method():
        print("This is a static method")

# 类调用静态方法
MyClass.static_method()
# 实例对象调用静态方法
test = MyClass()
test.static_method()