第六章 Python类(面向对象编程)

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第六章 Python类(面向对象编程)

李振良 2016-10-20 09:08:19 浏览1707
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什么是面向对象编程?
   面向对象编程(Object Oriented Programming,OOP,面向对象程序设计)是一种计算机编程架构。Python就是这种编程语言。
   面向对象程序设计中的概念主要包括:对象、类、继承、动态绑定、封装、多态性、消息传递、方法。
   1)对象:类的实体,比如一个人。
   2)类:一个共享相同结构和行为的对象的集合。通俗的讲就是分类,比如人是一类,动物是一类。
   3)继承:类之间的关系,比如猫狗是一类,他们都有四条腿,狗继承了这个四条腿,拥有了这个属性。
   4)动态绑定:在不修改源码情况下,动态绑定方法来给实例增加功能。
   5)封装:把相同功能的类方法、属性封装到类中,比如人两条腿走路,狗有四条腿走路,两个不能封装到一个类中。
   6)多态性:一个功能可以表示不同类的对象,任何对象可以有不同的方式操作。比如一个狗会走路、会跑。
   7)消息传递:一个对象调用了另一个对象的方法。
   8)方法:类里面的函数,也称为成员函数。
   对象=属性+方法。
   属性:变量。
   方法:函数。
   实例化:创建一个类的具体实例对象。比如一条泰迪。
什么是类?
   类是对对象的抽象,对象是类的实体,是一种数据类型。它不存在内存中,不能被直接操作,只有被实例化对象时,才会变的可操作。
   类是对现实生活中一类具有共同特征的事物的抽象描述。
6.1 类和类方法语法
# 类
class ClassName():
    pass
# 类中的方法
def funcName(self):
       pass
self代表类本身。类中的所有的函数的第一个参数必须是self。
6.2 类定义与调用
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
    x = 100
    def func(self, name):
        return "Hello %s!" % name
    def func2(self):
        return self.x
mc = MyClass()  # 类实例化,绑定到变量mc
print mc.x   # 类属性引用
print mc.func("xiaoming")  # 调用类方法
print mc.func2()
 
# python test.py
100
Hello xiaoming!
100
上面示例中,x变量称为类属性,类属性又分为类属性和实例属性:
   1)类属性属于类本身,通过类名访问,一般作为全局变量。比如mc.x
   2)如果类方法想调用类属性,需要使用self关键字调用。比如self.x
   3)实例属性是实例化后对象的方法和属性,通过实例访问,一般作为局部变量。下面会讲到。
   4)当实例化后可以动态类属性,下面会讲到。
类方法调用:
1)类方法之间调用:self.<方法名>(参数),参数不需要加self
2)外部调用:<实例名>.<方法名>
6.3 类的说明
给类添加注释,提高可阅读性,可通过下面方式查看。
方法1:
>>> class MyClass:
...   """
...   这是一个测试类.
...   """
...   pass
...
>>> print MyClass.__doc__

  这是一个测试类.

>>>
方法2:
>>> help(MyClass)
Help on class MyClass in module __main__:

class MyClass
 |  这是一个测试类.
6.4 类内置方法
内置方法
描述
__init__(self, ...)
初始化对象,在创建新对象时调用
__del__(self)
释放对象,在对象被删除之前调用
__new__(cls, *args, **kwd)
实例的生成操作,在__init__(self)之前调用
__str__(self)
在使用print语句时被调用,返回一个字符串
__getitem__(self, key)
获取序列的索引key对应的值,等价于seq[key]
__len__(self)
在调用内建函数len()时被调用
__cmp__(str, dst)
比较两个对象src和dst
__getattr__(s, name)
获取属性的值
__setattr__(s, name, value)
设置属性的值
__delattr__(s, name)
删除属性
__gt__(self, other)
判断self对象是否大于other对象
__lt__(self, other)
判断self对象是否小于other对象
__ge__(self, other)
判断self对象是否大于或等于other对象
__le__(self, other)
判断self对象是否小于或等于other对象
__eq__(self, other)
判断self对象是否等于other对象
__call__(self, *args)
把实例对象作为函数调用
6.5 初始化实例属性
   很多类一般都有初始状态的,常常定义对象的共同特性,也可以用来定义一些你希望的初始值。
   Python类中定义了一个构造函数__init__,对类中的实例定义一个初始化对象,常用于初始化类变量。当类被实例化,第二步自动调用的函数,第一步是__new__函数。
   __init__构造函数也可以让类传参,类似于函数的参数。
   __init__构造函数使用:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
    def __init__(self):
        self.name = "xiaoming"
    def func(self):
        return self.name

mc = MyClass()
print mc.func()

# python test.py
xiaoming
   __init__函数定义到类的开头.self.name变量是一个实例属性,只能在类方法中使用,引用时也要这样self.name。
   类传参:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "name: %s,age: %s" %(self.name, age)

mc = MyClass('xiaoming')  # 第一个参数是默认定义好的传入到了__init__函数
print mc.func('22') 

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
6.6 类私有化(私有属性)
   6.6.1 单下划线
   实现模块级别的私有化,以单下划线开头的变量和函数只能类或子类才能访问。当from modulename import * 时将不会引入以单下划线卡头的变量和函数。
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
    _age = 21
    def __init__(self, name=None):
        self._name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self._name, age)

mc = MyClass('xiaoming')
print mc.func('22')
print mc._name
print mc._age

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
xiaoming
21
   _age和self._name变量其实就是做了个声明,说明这是个内部变量,外部不要去引用它。
   6.6.2 双下划线
   以双下划线开头的变量,表示私有变量,受保护的,只能类本身能访问,连子类也不能访问。避免子类与父类同名属性冲突。
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
      __age = 21
      def __init__(self, name=None):
          self.__name = name
      def func(self, age):
          return "Name: %s, Age: %s" %(self.__name, age)

mc = MyClass('xiaoming')
print mc.func('22')
print mc.__name
print mc.__age

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 12, in <module>
    print mc.__name
AttributeError: MyClass instance has no attribute '__name'
   可见,在单下划线基础上又加了一个下划线,同样方式类属性引用,出现报错。说明双下划线变量只能本身能用。
   如果想访问私有变量,可以这样:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyClass():
    __age = 21
    def __init__(self, name=None):
        self.__name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.__name, age)

mc = MyClass('xiaoming')
print mc.func('22')
print mc._MyClass__name
print mc._MyClass__age

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
xiaoming
21
   self.__name变量编译成了self._MyClass__name,以达到不能被外部访问的目的,并没有真正意义上的私有。
   6.6.3 特殊属性(首尾双下划线)
   一般保存对象的元数据,比如__doc__、__module__、__name__:
>>> class MyClass:
    """
    这是一个测试类说明的类。
    """
    pass

# dic()返回对象内变量、方法
>>> dir(MyClass)
['__doc__', '__module__']

>>> MyClass.__doc__
'\n\t\xd5\xe2\xca\xc7\xd2\xbb\xb8\xf6\xb2\xe2\xca\xd4\xc0\xe0\xcb\xb5\xc3\xf7\xb5\xc4\xc0\xe0\xa1\xa3\n\t'
>>> MyClass.__module__
'__main__'
>>> MyClass.__name__
'MyClass'
   这里用到了一个新内置函数dir(),不带参数时,返回当前范围内的变量、方法的列表。带参数时,返回参数的属性、方法的列表。
Python自己调用的,而不是用户来调用。像__init__ ,你可以重写。

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6.7 类的继承
子类继承父类,子类将继承父类的所有方法和属性,提高代码重用。
   1)简单继承
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self, name=None):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)
class Child(Parent):
    pass

mc = Child('xiaoming')
print mc.func('22')
print mc.name

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
xiaoming
   2)子类实例初始化
   如果子类重写了构造函数,那么父类的构造函数将不会执行:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self):
        self.name_a = "xiaoming"
    def funcA(self):
        return "function A: %s" % self.name_a
class Child(Parent):
    def __init__(self):
        self.name_b = "zhangsan"
    def funcB(self):
        return "function B: %s" % self.name_b

mc = Child()
print mc.name_b
print mc.funcB()
print mc.funcA()

# python test.py
zhangsan
function B: zhangsan
Traceback (most recent call last):
  File "test2.py", line 17, in <module>
    print mc.funcA()
  File "test2.py", line 7, in funcA
    return "function A: %s" % self.name_a
AttributeError: Child instance has no attribute 'name_a'
   抛出错误,提示调用funcA()函数时,没有找到name_a属性,也就说明了父类的构造函数并没有执行。
   如果想解决这个问题,可通过下面两种方法:
   方法1:调用父类构造函数
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self):
        self.name_a = "xiaoming"
    def funcA(self):
        return "function A: %s" % self.name_a
class Child(Parent):
    def __init__(self):
        Parent.__init__(self)
        self.name_b = "zhangsan"
    def funcB(self):
        return "function B: %s" % self.name_b

mc = Child()
print mc.name_b
print mc.funcB()
print mc.funcA()

# python test.py
zhangsan
function B: zhangsan
function A: xiaoming
   方法2:使用supper()函数继承
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent(object):
    def __init__(self):
        self.name_a = "xiaoming"
    def funcA(self):
        return "function A: %s" % self.name_a
class Child(Parent):
    def __init__(self):
        super(Child, self).__init__()
        self.name_b = "zhangsan"
    def funcB(self):
        return "function B: %s" % self.name_b

mc = Child()
print mc.name_b
print mc.funcB()
print mc.funcA()

# python test.py
zhangsan
function B: zhangsan
function A: xiaoming
6.8 多重继承
每个类可以拥有多个父类,如果调用的属性或方法在子类中没有,就会从父类中查找。多重继承中,是依次按顺序执行。
类简单的继承:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class A:
    def __init__(self):
        self.var1 = "var1"
        self.var2 = "var2"
    def a(self):
        print "a..."
class B:
    def b(self):
        print "b..."
class C(A,B):
    pass

c = C()
c.a()
c.b()
print c.var1
print c.var2

# python test.py
a...
b...
var1
var2
类C继承了A和B的属性和方法,就可以像使用父类一样使用它。
子类扩展方法,直接在子类中定义即可:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class A:
    def __init__(self):
        self.var1 = "var1"
        self.var2 = "var2"
    def a(self):
        print "a..."
class B:
    def b(self):
        print "b..."
class C(A,B):
    def test(self):
        print "test..."

c = C()
c.a()
c.b()
c.test()
print c.var1
print c.var2

# python test.py
a...
b...
test...
var1
var2
在这说明下经典类和新式类。
经典类:默认没有父类,也就是没继承类。
新式类:有继承的类,如果没有,可以继承object。在Python3中已经默认继承object类。
经典类在多重继承时,采用从左到右深度优先原则匹配,而新式类是采用C3算法(不同于广度优先)进行匹配。两者主要区别在于遍历父类算法不同,具体些请在网上查资料。
6.9 方法重载
直接定义和父类同名的方法,子类就修改了父类的动作。
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self, name='xiaoming'):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)
class Child(Parent):
    def func(self, age=22):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)

mc = Child()
print mc.func()

# python test.py
Name: xiaoming, Age: 22
6.10 修改父类方法
在方法重载中调用父类的方法,实现添加功能。
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self, name='xiaoming'):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)
class Child(Parent):
    def func(self, age):
        print "------"
        print Parent.func(self, age)   # 调用父类方法
        print "------"

mc = Child()
mc.func('22')

# python test.py
------
Name: xiaoming, Age: 22
------
还有一种方式通过super函数调用父类方法:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent():
    def __init__(self, name='xiaoming'):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)
class Child(Parent):
    def func(self, age):
        print "------"
        print super(Child, self).func(age)
        print "------"

mc = Child()
mc.func('22')

# python test.py
------
Traceback (most recent call last):
  File "test2.py", line 15, in <module>
    mc.func('22')
  File "test2.py", line 11, in func
    print super(Child, self).func(age)
TypeError: must be type, not classobj
抛出错误,因为super继承只能用于新式类,用于经典类就会报错。
那我们就让父类继承object就可以使用super函数了:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Parent(object):
    def __init__(self, name='xiaoming'):
        self.name = name
    def func(self, age):
        return "Name: %s, Age: %s" %(self.name, age)
class Child(Parent):
    def func(self, age):
        print "------"
        print super(Child, self).func(age)   # 调用父类方法。在Python3中super参数可不用写。
        print "------"

mc = Child()
mc.func('22')

# python test.py
------
Name: xiaoming, Age: 22
------
6.11 属性访问的特殊方法
有四个可对类对象增删改查的内建函数,分别是getattr()、hasattr()、setattr()、delattr()。
   6.11.1 getattr()
   返回一个对象属性或方法。
>>> class A:
...   def __init__(self):
...     self.name = 'xiaoming'
...   def method(self):
...     print "method..."
...
>>> c = A()
>>> getattr(c, 'name', 'Not find name!')   
'xiaoming'
>>> getattr(c, 'namea', 'Not find name!')
>>> getattr(c, 'method', 'Not find method!')
<bound method A.method of <__main__.A instance at 0x93fa70>>
>>> getattr(c, 'methoda', 'Not find method!')
'Not find method!'
   6.11.2 hasattr()
   判断一个对象是否具有属性或方法。返回一个布尔值。
>>> hasattr(c, 'name')
True
>>> hasattr(c, 'namea')
False
>>> hasattr(c, 'method')
True
>>> hasattr(c, 'methoda')
False
   6.11.3 setattr()
   给对象属性重新赋值或添加。如果属性不存在则添加,否则重新赋值。
>>> hasattr(c, 'age')
False
>>> setattr(c, 'age', 22)
>>> c.age
22
>>> hasattr(c, 'age')
True
   6.11.4 delattr()
   删除对象属性。
>>> delattr(c, 'age')
>>> hasattr(c, 'age')             
False
6.12 类装饰器
与函数装饰器类似,不同的是类要当做函数一样调用:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Deco:
    def __init__(self, func):
       self._func = func
       self._func_name = func.__name__
    def __call__(self):
       return self._func(), self._func_name

@Deco
def f1():
    return "Hello world!"

print f1()

# python test.py
('Hello world!', 'f1')
6.13 类内置装饰器
   下面介绍类函数装饰器,在实际开发中,感觉不是很常用。
   6.10.1 @property
   @property属性装饰器的基本功能是把类中的方法当做属性来访问。
   在没使用属性装饰器时,类方法是这样被调用的:
>>> class A:
...    def __init__(self, a, b):
...      self.a = a
...      self.b = b
...    def func(self):
...      print self.a + self.b
...
>>> c = A(2,2)
>>> c.func()
4
>>> c.func
<bound method A.func of <__main__.A instance at 0x7f6d962b1878>>
   使用属性装饰器就可以像属性那样访问了:
>>> class A:
...     def __init__(self, a, b):
...       self.a = a
...       self.b = b
...     @property
...     def func(self):
...       print self.a + self.b
...
>>> c = A(2,2)
>>> c.func
4
>>> c.func()
4
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'NoneType' object is not callable
   6.10.2 @staticmethod
   @staticmethod是静态方法装饰器,可以通过类对象访问,也可以通过实例化后类对象实例访问。
   实例方法的第一个参数是self,表示是该类的一个实例,称为类对象实例。
   而使用静态方法装饰器,第一个参数就不用传入实例本身(self),那么这个方法当做类对象,由Python自身处理。
   看看普通方法的用法:
>>> class A:                     
...   def staticMethod(self):   
...      print "not static method..."
...
>>> c = A()         
>>> c.staticMethod()
not static method...
   使用静态方法则是这么用:
>>> class A:                   
...   @staticmethod             
...   def staticMethod():       
...     print "static method..."
...
>>> A.staticMethod()   # 可以通过类调用静态方法
static method...
>>> c = A()   
>>> c.staticMethod()   # 还可以使用普通方法调用
static method...
    静态方法和普通的非类方法作用一样,只不过命名空间是在类里面,必须通过类来调用。一般与类相关的操作使用静态方法。
   6.10.3 @classmethod
   @classmethod是类方法装饰器,与静态方法装饰器类似,也可以通过类对象访问。主要区别在于类方法的第一个参数要传入类对象(cls)。
>>> class A:                   
...   @classmethod             
...   def classMethod(cls):   
...     print "class method..."
...     print cls.__name__
...
>>> A.classMethod()
class method...
A
6.14 __call__方法
可以让类中的方法像函数一样调用。
>>> class A:
...   def __call__(self, x): 
...     print "call..."
...     print x
...
>>> c = A()
>>> c(123)
call...
123

>>> class A:
...   def __call__(self, *args, **kwargs):
...      print args
...      print kwargs
...
>>> c = A()
>>> c(1,2,3,a=1,b=2,c=3)
(1, 2, 3)
{'a': 1, 'c': 3, 'b': 2}

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