第八章 面向对象编程

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Python3.5笔记

第8章 面向对象编程

面向对象术语介绍

• 类：用来描述具有相同属性和方法的对象的集合。类定义中集合了每个对象共有的属性和方法。对象是类的示例。
• 类变量（属性）：类属性在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中，且在方法之外。类常亮通常不作为适量变量使用。类变量也称作属性。
• 数据成员：类变量或实例变量用于处理类及其实例变量的相关数据。
• 方法重写：如果从父类继承的方法，不能满足子类的需求，就可以对其重写，这个过程叫做方法的覆盖，也称为方法的重写。
• 实例变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 多态：对不同类的对象使用同样的操作。
• 封装：对外部对象隐藏对象的工作细节。
• 继承：即一个派生类继承基类的字段和方法。继承允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待，以普通类为基础建立专门的类对象。
• 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。

类的定义

示例：

#! /usr/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class MyClass(object):
    i = '小明'
    def f(self):
        return 'hello world %s' % self.i

类定义的写法：

• 使用class关键字，class关键字后面紧跟类名，类名通常首字母大写
• 类名后紧跟的是(object)，表明该类是从哪个类中继承而来的，如果没有合适的继承类，就使用object类，这是所有类最终都会继承的类。
• 类通常包含属性和方法。在类中定义方法时，第一个参数必须是self。除第一个参数外，类的方法和普通函数没有什么区别。

类的使用

#! /usr/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class MyClass(object):
    i = '小明'
    def f(self):
        return 'hello world %s' % self.i

my_class = MyClass()
print('类中的属性是：',my_class.i)
print('类中方法的返回是：',my_class.f())

输出：

类中的属性是： 小明
类中方法的返回是： hello world 小明

类的使用比函数调用多了几个操作：

• my_class = MyClass() 这步叫做类的实例化，即创建一个类的实例。由此得到的my_class变量称为类的具体对象。
• 调用类中定义的方法，除了self不用传递外，其他参数正常传入。
• 类属性引用的语法为：obj.name，obj为类对象，name代表属性。

类的构造方法

在Python中，_init_()方法是一个特殊方法，在对象实例化时会被调用。这个方法的写法是：先输入两个下划线，后面接着输入init，再接着两个下划线。这个方法也叫构造方法。在定义类时，如果不显示的定义_init_()方法，则程序默认会调用一个无参的构造方法。示例如下：

class MyClass2(object):
    i = 123
    def __init__(self,name1,age1):
        self.name = name1
        self.age = age1

    def f(self):
        return 'hello %s,you are %s years old!' % (self.name,self.age)

my_class2 = MyClass2('小明','23')
print('类中的属性是：',my_class2.name)
print('类中的属性是：',my_class2.age)
print('类中方法的返回是：',my_class2.f())

输出：

类中的属性是： 小明
类中的属性是： 23
类中方法的返回是： hello 小明,you are 23 years old!

一个类中可以定义多个构造方法，但实例化类时只实例化最后的构造方法，即后面的构造方法会覆盖前面的构造方法，并且需要根据最后一个构造方法的形参进行实例化。建议一个类中，只定义一个构造方法。

类的访问权限

直接访问公有属性和方法

在类的内部有属性和方法，外部代码可以直接调用属性和方法。示例如下：

#! /user/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class Student(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age

    def info(self):
        print('hello %s,you are %s years old!' % (self.name,self.age))

stu = Student('小明','23')
stu.info()
stu.name = '小张'
stu.age = '24'
stu.info()

输出：

hello 小明,you are 23 years old!
hello 小张,you are 24 years old!

如何定义和访问私有属性

要让类的内部属性不被外部访问，可以在属性名称前加两个下划线__。在Python中，实例的变量名如果以两个下划线开头，就会变成私有变量，只有内部可以访问，外部不能访问。此时，如果直接访问就会出错。示例如下：

#! /user/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class Student(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    def info(self):
        print('hello %s,you are %s years old!' % (self.__name, self.__age))

stu = Student('小明','23')
stu.info()
stu.__name = '小张'
stu.__age = '24
stu.info()

输出：

Traceback (most recent call last):
  File "D:/pyspace/hellopython/Chapter8.py", line 60, in <module>
    stu.info()
  File "D:/pyspace/hellopython/Chapter8.py", line 57, in info
    print('hello %s,you are %s years old!' % (self.name,self.age))
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'name'

这时，可以通过为类增加get_attrs()方法，获取类中的私有变量。可以为类添加set_attrs()方法，修改类中的私有变量。示例如下：

class Student(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    def info(self):
        print('hello %s,you are %s years old!' % (self.__name,self.__age))

    def get_name(self):
        return self.__name

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

    def get_age(self):
        return self.__age

    def set_age(self,age):
        self.__age = age
stu = Student('小明','23')
stu.info()
stu.set_name('小张')
print('修改后的姓名是：',stu.get_name())
stu.set_age('24')
print('修改后的年龄是',stu.get_age())

输出：

hello 小明,you are 23 years old!
修改后的姓名是： 小张
修改后的年龄是 24

如何定义和访问私有方法

通过在方法名前加两个下划线，可以把方法定义为私有方法。私有方法不能通过外部代码直接访问，只能在类中通过公共方法调用。实例如下：

#! /user/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class Student(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age

    def __info(self):
        print('hello %s,you are %s years old!' % (self.name,self.age))

    def foo(self):
        self.__info()

stu = Student('小明','23')
stu.foo()

输出：

hello 小明,you are 23 years old!

继承

当我们定义一个class时，可以从某个现有的class继承，定义的新class称为子类（SubClass），而被继承的class称为基类、父类或者超类（BaseClass、Super Class）。继承的格式如下：

class DerivedClassName(BaseClassName):
    statemnt-1
    ...
    statement-n

继承语法class子类名(基类名)时，基类名写在括号内，在元组中指明。特点如下：

1. 在继承中，基类的构造方法不会被自动调用，需要在子类的构造方法中专门调用。
2. 在调用基类的方法时，需要加上基类的类名前缀，并带上self参数变量。区别于在类中调用普通方法时，不需要带self参数。
3. 在Python中，首先查找对应类型的方法，如果在子类中找不到对应的方法，才到基类中逐个查找。

class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running....')

class Dog(Animal):
    pass

class Cat(Animal):
    pass

dog = Dog()
dog.run()
cat = Cat()
cat.run()

输出：

animal is running....
animal is running....

子类不能继承父类的私有方法，也不能调用父类的私有方法。

多态

当子类和父类有相同的方法时，子类的方法会覆盖父类的方法，在方法调用时，总是会首先调用子类的方法，这种情况就是多态。示例如下：

#! /user/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running....')

class Dog(Animal):
    def run(self):
        print('dog is running....')

class Cat(Animal):
    def run(self):
        print('cat is running...')

dog = Dog()
dog.run()
cat = Cat()
cat.run()
print('dog是否是animal类型',isinstance(dog,Animal))
print('dog是否是dog类型',isinstance(dog,Animal))

输出：

dog is running....
cat is running...
dog是否是animal类型 True
dog是否是dog类型 True

例如上面的示例中，dog和cat分别继承了animal，并且分别定义了自己的run方法，最后调用的是各自的run方法。

使用多态的好处是：当我们需要传入Dog，Cat等子类对象时，只需要接收父类Animal对象就可以了，因为Dog，Cat等都是Animal类型，按照Animal类型传入参数即可。由于Animal类型都有run()方法，因此传入的类型只要是Animal类或者是Animal的子类，都会自动调用实例类型的方法。

多重继承

上一节讲述的是单继承，Python还支持多重继承。多重继承的类定义如下：

class DerivedClassName(Base1,Base2,Base3):
    statment-1
    ...
    statement-n

可以看到，多重继承就是有多个基类（父类或者超类）。

需要注意圆括号中父类的顺序，若父类中有相同的方法名，在子类使用时未指定，Python会从左到右搜索。若方法在子类中未找到，则从左到右查找父类中是否包含此方法。

获取对象信息

使用type()函数

判断基本类型可以用type()函数判断。如：

print('-----------type()函数-----------')
print(type('abc'))
print(type(123))
print(type(None))
print(type(abs))

print(type('abc')==str)
print(type(123)==int)

print('-----------判断一个对象是否是函数-----------')
import types
def func():
    pass

print(type(func)==types.FunctionType)
print(type(abs)==types.BuiltinFunctionType)
print(type(lambda x,y,z:x+y+z)==types.LambdaType)
print(type(x for x in range(1,10))==types.GeneratorType)

输出：

-----------type()函数-----------
<class 'str'>
<class 'int'>
<class 'NoneType'>
<class 'builtin_function_or_method'>
True
True
-----------判断一个对象是否是函数-----------
True
True
True
True

使用isinstance()函数

使用isinstance()函数可以告诉我们一个对象是否是某种类型。

print('dog是否是animal类型',isinstance(dog,Animal))
print('dog是否是dog类型',isinstance(dog,Animal))

输出

dog是否是animal类型 True
dog是否是dog类型 True

使用dir()函数

如果要获得一个对象的所有属性和方法，就可以使用dir()函数。dir()函数返回一个字符串的list。如：

print(dir('abc'))

输出：

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

类的专有方法

_str_

相当于java中的to_string()方法。如：

class Student(object):
    def __init__(self,name,age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    def __str__(self):
        return '学生名称是：%s,学生的年龄是：%s' % (self.__name,self.__age)

print(Student('小明','23'))
stu_abc = Student('小宇','24')
print(stu_abc)

输出：

学生名称是：小明,学生的年龄是：23
学生名称是：小宇,学生的年龄是：24

注意：__str__方法必须返回一个字符串

_iter_

如果要将一个类用于for…in循环，类似list或者tuple一样，就必须实现一个_iter_()方法。该方法返回一个迭代对象，Python的for循环会不断调用迭代对象的__next()方法，获得循环的下一个值，直到遇到StopIteration错误时退出循环。如：

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a、b

    def __iter__(self):
        return self # 实例本身就是迭代对象，故返回自己

    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
        if self.a > 100000: # 退出循环的条件
            raise StopIteration();
        return self.a # 返回下一个值

for n in Fib():
    print(n)

输出：

1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
89
144
233
377
610
987
1597
2584
4181
6765
10946
17711
28657
46368
75025

_getitem()_

要像list一样按照下标取出元素，需要实现__getitem()__方法，示例如下：

class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        a, b = 1, 1
        for x in range(n):
            a, b = b, a + b
        return a
    
print(Fib()[3])

输出：

3

_getattr_

使用__getattr__方法动态返回一个属性。如：

class Student1(object):

    def __getattr__(self, attr):
        if attr == 'score':
            return 95


stu1 = Student1()
print(stu1.score)

输出：

95

_call_

通过给一个类定义__call__方法，可以直接对实例进行调用并得到结果。__call__还可以定义参数。对实例进行直接调用就像对一个函数调用一样，完全可以把对象看成函数，把函数看成对象。因为这两者本来就没有根本区别。如果把对象看成函数，函数本身就可以在运行期间动态创建出来，因为类的实例都是运行期间创建出来的。这样一来，就模糊了对象和函数的界限。实例如下：

#! /usr/bin/python3
# -*- coding:UTF-8 -*-
class Student(object):
    def __init__(self,name):
        self.name = name

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print('姓名是：%s' % self.name)

stu2 = Student('小明')
stu2()

输出：

姓名是：小明

可以使用Callable()函数，判断一个对象是否可以被调用。实例如下：

print(callable(Student('小明')))
print(callable(Student1()))
print(callable(max))
print(callable([1,2,3]))

输出：

True
False
True
False

牛刀小试——出行建议

小智今天想出去，但不清楚今天的天气是否适合出行，需要一个给他提供建议的程序，程序建议要求输入daytime和night，根据可见度和温度给出出行建议和使用的交通工具，需要考虑需求变更的可能。

需求分析：使用本章所学的封装、继承、多态比较容易实现，由父类封装查看可见度和温度的方法，子类继承父类。如果有需要，子类可以覆盖父类的方法，做自己的实现。子类也可以自定义方法。

class WeatherSeach(object):
    def __init__(self,input_daytime):
        self.input_daytime = input_daytime

    def search_visible(self):
        visible = 0
        if self.input_daytime == 'daytime':
            visible = 6
        elif self.input_daytime == 'night':
            visible = 2
        return visible

    def search_temperature(self):
        temperature = 0
        if self.input_daytime == 'night':
            temperature = 16
        elif self.input_daytime == 'daytiem':
            temperature = 26

        return temperature

class OutAdvice(WeatherSeach):
    def __init__(self,input_daytime):
        WeatherSeach.__init__(self,input_daytime)

    def search_temperature(self):
        we_use = 'none'
        if self.input_daytime == 'daytime':
            we_use = '骑自行车'
        elif self.input_daytime == 'night':
            we_use = '开车'
        return we_use

    def take_advice(self):
        we_use = self.search_temperature()
        visible = self.search_visible()
        if visible >= 6:
            print('今天天气不错，可以%s出行' % we_use)
        elif 0 < visible <= 2:
            print('今天天气不好，只能%s出行' % we_use)
        else:
            print('输入的内容有误，无法给出相应的建议！')

oa = OutAdvice('night')
oa.take_advice()

输出

今天天气不好，只能开车出行

问题解答

双下划线开头的实例变量一定不能从外部访问吗？

答：不是，不能直接访问的原因是Python解释器对外把__score变量变成了_Student__score，所以，仍然可以通过Student__score访问变量__score。如：

class Student(object):
    def __init__(self,name,score):
        self.__name = name
        self.__socre = score

    def info(self):
        print('学生的姓名是：%s,成绩是：%s' % (self.__name,self.__socre))

    def get_score(self):
        return self.__socre

stu3 = Student('小宇','94')
stu3.info()
#print('分数是：',stu3._Student__score) #报错
print('分数是：',stu3.get_score())

输出：

学生的姓名是：小宇,成绩是：94
分数是： 94

方法和函数的区别

答：在Python中，函数并不依附于类，在不在类中定义。而方法依附于类，定义在类中，本质上还是一个函数。为便于区分，我们把类中的函数叫做方法，不依赖于类的函数仍然称为函数。

为什么要使用类

答：在Python中，借助继承、封装、多态三大特性，使用类可以更好的对一类实物进行管理，可以将具有相同功能和行为的事物封装为一个类，其他具有相同特性的事物直接继承类，即可获得父类封装好的方法。同时，子类可以覆盖父类的方法，以满足特定的功能需求，子类也可以扩展自己的功能。使用类可以更好的实现代码的复用和扩展。