Python学习笔记十六：类的属性

1、方法重写

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：

#!/usr/bin/python3 
class Parent: 
        # 定义父类 
        def myMethod(self): 
            print ('调用父类方法') 
class Child(Parent): 
        # 定义子类 
        def myMethod(self): 
            print ('调用子类方法') 

c = Child() # 子类实例 
c.myMethod() 



# 子类调用重写方法 
super(Child,c).myMethod() 
#用子类对象调用父类已被覆盖的方法

super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法。
执行以上程序输出结果为：
调用子类方法
调用父类方法

2、类的访问权限

在类内部有属性和方法，外部代码可以通过直接调用实例变量的方法操作数据，这样就隐藏了内部的复杂逻辑。

但是，从前面Student类的定义来看，外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、score属性：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.score
59
>>> bart.score = 99
>>> bart.score
99

如果要让内部属性不被外部访问，可以把属性的名称前加上两个下划线__，在Python中，实例的变量名如果以__开头，就变成了一个私有变量（private），只有内部可以访问，外部不能访问，所以，我们把Student类改一改：

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

改完后，对于外部代码来说，没什么变动，但是已经无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__score了：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.__name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。

但是如果外部代码要获取name和score怎么办？可以给Student类增加get_name和get_score这样的方法：

class Student(object):
    ...

    def get_name(self):
        return self.__name

    def get_score(self):
        return self.__score

如果又要允许外部代码修改score怎么办？可以再给Student类增加set_score方法：
class Student(object):
…

def set_score(self, score):
    self.__score = score

你也许会问，原先那种直接通过bart.score = 99也可以修改啊，为什么要定义一个方法大费周折？因为在方法中，可以对参数做检查，避免传入无效的参数：
class Student(object):
…

def set_score(self, score):
    if 0 <= score <= 100:
        self.__score = score
    else:
        raise ValueError('bad score')

需要注意的是，在Python中，变量名类似__xxx__的，也就是以双下划线开头，并且以双下划线结尾的，是特殊变量，特殊变量是可以直接访问的，不是private变量，所以，不能用__name__、__score__这样的变量名。
有些时候，你会看到以一个下划线开头的实例变量名，比如_name，这样的实例变量外部是可以访问的，但是，按照约定俗成的规定，当你看到这样的变量时，意思就是，“虽然我可以被访问，但是，请把我视为私有变量，不要随意访问”。
双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢？其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name，所以，仍然可以通过_Student__name来访问__name变量：

>>> bart._Student__name
'Bart Simpson'

总的来说就是，Python本身没有任何机制阻止你干坏事，一切全靠自觉。
最后注意下面的这种错误写法：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.get_name()
'Bart Simpson'
>>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量！
>>> bart.__name
'New Name'

表面上看，外部代码“成功”地设置了__name变量，但实际上这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量！内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_Student__name，而外部代码给bart新增了一个__name变量。

>>> bart.get_name() # get_name()内部返回self.__name
'Bart Simpson'

3、性质

1） 继承

Python 同样支持类的继承，如果一种语言不支持继承，类就没有什么意义。
在OOP程序设计中，当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的class继承，新的class称为子类（Subclass），而被继承的class称为基类、父类或超类（Base class、Super class）。最大的好处是子类获得了父类的全部功能。
派生类的定义如下所示:

class DerivedClassName(BaseClassName1):
        <statement-1> 
        . 
        .
        . 
        <statement-N>

需要注意圆括号中基类的顺序，若是基类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python从左至右搜索 即方法在子类中未找到时，从左到右查找基类中是否包含方法。
BaseClassName（示例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:
class DerivedClassName(modname.BaseClassName):
例如：

#!/usr/bin/python3 

#类定义 
class people:
        #定义基本属性 
        name = '' age = 0 
        #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问 
        __weight = 0

        #定义构造方法 
        def __init__(self,n,a,w): 
            self.name = n 
            self.age = a 
            self.__weight = w 
        def speak(self): 
            print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))



#单继承示例 
class student(people): 
        grade = '' 
        def __init__(self,n,a,w,g): 
        #调用父类的构函 
            people.__init__(self,n,a,w) 
            self.grade = g 

#覆写父类的方法 
def speak(self): 
            print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade)) 


s = student('ken',10,60,3) 
s.speak()

执行以上程序输出结果为：
ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

2）多态

当子类和父类都存在相同的run()方法时，我们说，子类的run()覆盖了父类的run()，在代码运行的时候，总是会调用子类的run()。这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态。
当我们定义一个class的时候，我们实际上就定义了一种数据类型。我们定义的数据类型和Python自带的数据类型，比如str、list、dict没什么两样：
判断一个变量是否是某个类型可以用isinstance()判断：

>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True

在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类，Dog可以看成Animal，但Animal不可以看成Dog。

>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False

你会发现，新增一个Animal的子类，不必对run_twice()做任何修改，实际上，任何依赖Animal作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行，原因就在于多态。

多态的好处就是，当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise……时，我们只需要接收Animal类型就可以了，因为Dog、Cat、Tortoise……都是Animal类型，然后，按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法，因此，传入的任意类型，只要是Animal类或者子类，就会自动调用实际类型的run()方法，这就是多态的意思：

对于一个变量，我们只需要知道它是Animal类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用run()方法，而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Animal的子类时，只要确保run()方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：

对扩展开放：允许新增Animal子类；
对修改封闭：不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。
继承还可以一级一级地继承下来，就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样的关系。而任何类，最终都可以追溯到根类object，这些继承关系看上去就像一颗倒着的树。比如如下的继承树：

3）封装

4）多继承

Python同样有限的支持多继承形式。

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3): <statement-1> . . . <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python从左至右搜索即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

#!/usr/bin/python3 
#类定义 
class people: 
        #定义基本属性 
        name = '' 
        age = 0 
        #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问 
        __weight = 0 
        #定义构造方法
        def __init__(self,n,a,w):
            self.name = n
            self.age = a
            self.__weight = w
        def speak(self):
            print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(people):
        grade = '' 
        def __init__(self,n,a,w,g): 
            #调用父类的构函
            people.__init__(self,n,a,w)
            self.grade = g 
        #覆写父类的方法
        def speak(self): 
            print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))

#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
        topic = '' name = '' 
        def __init__(self,n,t): 
            self.name = n 
            self.topic = t
        def speak(self):
            print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic)) 


#多重继承
class sample(speaker,student):
        a ='' 
        def __init__(self,n,a,w,g,t): 
            student.__init__(self,n,a,w,g)
            speaker.__init__(self,n,t)

test = sample("Tim",25,80,4,"Python") 
test.speak() 


#方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法
执行以上程序输出结果为：
我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python

4、获取对象信息

当我们拿到一个对象的引用时，如何知道这个对象是什么类型、有哪些方法呢？

1） 使用type()

首先，我们来判断对象类型，使用type()函数：
基本类型都可以用type()判断：

>>> type(123)
<class 'int'>
>>> type('str')
<class 'str'>
>>> type(None)
<type(None) 'NoneType'>

如果一个变量指向函数或者类，也可以用type()判断：

>>> type(abs)
<class 'builtin_function_or_method'>
>>> type(a)
<class '__main__.Animal'>

但是type()函数返回的是什么类型呢？它返回对应的Class类型。如果我们要在if语句中判断，就需要比较两个变量的type类型是否相同：

>>> type(123)==type(456)
True
>>> type(123)==int
True
>>> type('abc')==type('123')
True
>>> type('abc')==str
True
>>> type('abc')==type(123)
False

判断基本数据类型可以直接写int，str等，但如果要判断一个对象是否是函数怎么办？可以使用types模块中定义的常量：

>>> import types
>>> def fn():
...     pass
...
>>> type(fn)==types.FunctionType
True
>>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
True
>>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
True
>>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
True

2 使用isinstance()

对于class的继承关系来说，使用type()就很不方便。我们要判断class的类型，可以使用isinstance()函数。
我们回顾上次的例子，如果继承关系是：
object -> Animal -> Dog -> Husky
那么，isinstance()就可以告诉我们，一个对象是否是某种类型。先创建3种类型的对象：

>>> a = Animal()
>>> d = Dog()
>>> h = Husky()

然后，判断：

>>> isinstance(h, Husky)
True

没有问题，因为h变量指向的就是Husky对象。
再判断：

>>> isinstance(h, Dog)
True

虽然自身是Husky类型，但由于Husky是从Dog继承下来的，所以，h也还是Dog类型。换句话说，isinstance()判断的是一个对象是否是该类型本身，或者位于该类型的父继承链上。
因此，我们可以确信，h还是Animal类型：

>>> isinstance(h, Animal)
True

同理，实际类型是Dog的d也是Animal类型：

>>> isinstance(d, Dog) and isinstance(d, Animal)
True

但是，d不是Husky类型：

>>> isinstance(d, Husky)
False

能用type()判断的基本类型也可以用isinstance()判断：

>>> isinstance('a', str)
True
>>> isinstance(123, int)
True
>>> isinstance(b'a', bytes)
True

并且还可以判断一个变量是否是某些类型中的一种，比如下面的代码就可以判断是否是list或者tuple：

>>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
True
>>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
True

总是优先使用isinstance()判断类型，可以将指定类型及其子类“一网打尽”。

3 使用dir()

如果要获得一个对象的所有属性和方法，可以使用dir()函数，它返回一个包含字符串的list，比如，获得一个str对象的所有属性和方法：

>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

类似__xxx__的属性和方法在Python中都是有特殊用途的，比如__len__方法返回长度。在Python中，如果你调用len()函数试图获取一个对象的长度，实际上，在len()函数内部，它自动去调用该对象的__len__()方法，所以，下面的代码是等价的：

>>> len('ABC')
3
>>> 'ABC'.__len__()
3

我们自己写的类，如果也想用len(myObj)的话，就自己写一个len()方法：

>>> class MyDog(object):
...     def __len__(self):
...         return 100
...
>>> dog = MyDog()
>>> len(dog)
100

剩下的都是普通属性或方法，比如lower()返回小写的字符串：

>>> 'ABC'.lower()
'abc'

仅仅把属性和方法列出来是不够的，配合getattr()、setattr()以及hasattr()，我们可以直接操作一个对象的状态：

>>> class MyObject(object):
        def __init__(self):
            self.x = 9
        def power(self):
            return self.x * self.x

>>> obj = MyObject()

紧接着，可以测试该对象的属性：

>>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗？
True
>>> obj.x
9
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗？
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗？
True
>>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
19
>>> obj.y # 获取属性'y'
19

如果试图获取不存在的属性，会抛出AttributeError的错误：

>>> getattr(obj, 'z') # 获取属性'z'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'MyObject' object has no attribute 'z'

可以传入一个default参数，如果属性不存在，就返回默认值：

>>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z'，如果不存在，返回默认值404
404

也可以获得对象的方法：

>>> hasattr(obj, 'power') # 有属性'power'吗？
True
>>> getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn = getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'并赋值到变量fn
>>> fn # fn指向obj.power
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn() # 调用fn()与调用obj.power()是一样的
81

4 ）小结

通过内置的一系列函数，我们可以对任意一个Python对象进行剖析，拿到其内部的数据。要注意的是，只有在不知道对象信息的时候，我们才会去获取对象信息。如果可以直接写：

sum = obj.x + obj.y
就不要写：
sum = getattr(obj, 'x') + getattr(obj, 'y')
一个正确的用法的例子如下：
def readImage(fp):
    if hasattr(fp, 'read'):
        return readData(fp)
    return None

假设我们希望从文件流fp中读取图像，我们首先要判断该fp对象是否存在read方法，如果存在，则该对象是一个流，如果不存在，则无法读取。hasattr()就派上了用场。

请注意，在Python这类动态语言中，根据鸭子类型，有read()方法，不代表该fp对象就是一个文件流，它也可能是网络流，也可能是内存中的一个字节流，但只要read()方法返回的是有效的图像数据，就不影响读取图像的功能。

5、类的专用方法

函数	描述
__init__	构造函数，在生成对象时初始化调用
__del__	析构函数，释放对象时使用
__repr__	在命令提示符下打印，转换
__str__
__setitem__	按照索引赋值
__getitem__	按照索引获取值
__len__	获得长度
__cmp__	比较运算
__call__	函数调用
__add__	加运算
__sub__	减运算
__mul__	乘运算
__div__	除运算
__mod__	求余运算
__pow__	乘方

6、运算符重载

Python同样支持运算符重载，我们可以对类的专有方法进行重载，实例如下：

#!/usr/bin/python3 
class Vector: 
    def __init__(self, a, b): 
        self.a = a 
        self.b = b 
    def __str__(self): 
        return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b) 
    def __add__(self,other): 
        return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b) 

v1 = Vector(2,10) 
v2 = Vector(5,-2) 
print (v1 + v2)


以上代码执行结果如下所示:
Vector(7,8)