[Python3/面向对象] Python 面向对象编程

1 概述：Python3 面向对象

Python从设计之初就已经是一门面向对象的语言，正因为如此，在Python中创建一个类和对象是很容易的。

本章节我们将详细介绍Python的面向对象编程。

如果你以前没有接触过面向对象的编程语言，那你可能需要先了解一些面向对象语言的一些基本特征，在头脑里头形成一个基本的面向对象的概念，这样有助于你更容易的学习Python的面向对象编程。

接下来我们先来简单的了解下面向对象的一些基本特征。

面向对象编程范式

类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
方法(Method)：类中定义的函数。
类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
数据成员：类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
局部变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
实例变量：在类的声明中，属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，实例变量就是一个用 self 修饰的变量。
继承：即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。
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。
和其它编程语言相比，Python 在尽可能不增加新的语法和语义的情况下加入了【类机制】。

Python中的类提供了【面向对象编程】的所有基本功能：【类的继承机制】允许多个基类，【派生类】可以覆盖【基类】中的任何方法，【方法】中可以调用【基类】中的【同名方法】。
对象可以包含任意数量和类型的数据。

2 Python 面向对象编程语法

类的定义

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

类实例化为【对象】后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性。

类的对象

类对象的操作：属性引用 / 实例化

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。
属性引用的使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name。
类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以，如果类定义是这样:

实例(Python 3.0+)

#!/usr/bin/python3
class MyClass:
	"""一个简单的类实例"""
	i = 12345
	
	def f(self):
	return 'hello world'

# 实例化类
x = MyClass()

# 访问类的属性和方法
print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x，x 为空的对象。

执行以上程序输出结果为：

MyClass 类的属性 i 为： 12345
MyClass 类的方法 f 输出为： hello world

构造方法

类有一个名为 init() 的特殊方法（构造方法），该方法在类实例化时会自动调用，像下面这样：

def __init__(self): 
	self.data = []

类定义了 init() 方法，类的实例化操作会自动调用 init() 方法。如下实例化类 MyClass，对应的 init() 方法就会被调用:

x = MyClass()

当然， init() 方法可以有参数，参数通过 init() 传递到类的实例化操作上。例如:

实例(Python 3.0+)

#!/usr/bin/python3

class Complex:
    def __init__(self, realpart, imagpart):
    	self.r = realpart
    	self.i = imagpart

x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r, x.i) # 输出结果：3.0 -4.5

self 代表类的实例，而非类

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别——它们必须有一个额外的第1个参数名称, 按照惯例它的名称是 self。

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)
 
t = Test()
t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100771878>
__main__.Test

从执行结果可以很明显的看出，self 代表的是类的实例，代表当前对象的地址，而 self.class 则指向类。

self 不是 python 关键字，我们把他换成 jack 也是可以正常执行的:

class Test:
    def prt(jack):
        print(jack)
        print(jack.__class__)
 
t = Test()
t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100771878>
__main__.Test

在 Python中，self 是一个惯用的名称，用于表示类的实例（对象）自身。

它是一个指向实例的引用，使得类的方法能够访问和操作实例的属性。

当你定义一个类，并在【类】中【定义方法】时，【第1个参数】通常被命名为 self，尽管你可以使用其他名称，但强烈建议使用 self，以保持代码的一致性和可读性。

class MyClass:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

    def display_value(self):
        print(self.value)

# 创建一个类的实例
obj = MyClass(42) 

# 调用实例的方法
obj.display_value() # 输出 42

在上面的例子中，self 是一个指向类实例的引用，它在 init 构造函数中用于初始化实例的属性，也在 display_value 方法中用于访问实例的属性。
通过使用 self，你可以在类的方法中访问和操作实例的属性，从而实现类的行为。

类的方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数的定义不同，类方法必须包含参数 self, 且为第1个参数，self 代表的是类的实例。

实例(Python 3.0+)

#!/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))
 
# 实例化类
p = people('jack',10,30)
p.speak()

执行以上程序输出结果为：

jack 说: 我 10 岁。

类的继承 :=> 子类/派生类 vs 父类/基类

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。派生类的定义如下所示:

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

子类（派生类 Derived Class）会继承父类（基类 BaseClass）的属性和方法。

BaseClass（实例中的基类名）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):

实例(Python 3.0+)

#!/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

支持多继承

Python 同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

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。

实例(Python 3.0+)

#!/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参数位置排前父类的方法

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

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：

实例(Python 3.0+)

#!/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

更多文档：

Python 子类继承父类构造函数说明 - 菜鸟教程

类属性与方法

类的方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。
self 的名字并不是规定死的，也可以使用 this，但是最好还是按照约定使用 self。

类的私有属性

__private_attrs：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类的外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.__private_attrs。
类的私有属性实例如下：

实例(Python 3.0+)

#!/usr/bin/python3
 
class JustCounter:
    __secretCount = 0  # 私有变量
    publicCount = 0    # 公开变量
 
    def count(self):
        self.__secretCount += 1
        self.publicCount += 1
        print (self.__secretCount)
 
counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print (counter.publicCount)
print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量

执行以上程序输出结果为：

1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 16, in <module>
    print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

类的私有方法

__private_method：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用，不能在类的外部调用。self.__private_methods。

类的私有方法实例如下：

实例(Python 3.0+)

#!/usr/bin/python3
 
class Site:
    def __init__(self, name, url):
        self.name = name       # public
        self.__url = url   # private
 
    def who(self):
        print('name  : ', self.name)
        print('url : ', self.__url)
 
    def __foo(self):          # 私有方法
        print('这是私有方法')
 
    def foo(self):            # 公共方法
        print('这是公共方法')
        self.__foo()
 
x = Site('Jack教程', 'www.jack.com')
x.who()        # 正常输出
x.foo()        # 正常输出
x.__foo()      # 报错

以上实例执行结果：

Traceback (most recent call last):
  File "D:\Workspace\CodeRepositories\...\xxx-study-python\oop\Demo.py", line 23, in <module>
    x.__foo()  # 报错
AttributeError: 'Site' object has no attribute '__foo'
name  :  Jack教程
url :  www.jack.com
这是公共方法
这是私有方法

类的静态方法

在Python中，静态方法是一种特殊的方法，它不依赖于类实例，也不需要将类本身作为第一个参数。

这意味着静态方法既不需要实例（self）也不需要类（cls）作为参数。
因此，可以在没有类实例的情况下调用。

静态方法，通常用于执行与类相关，但不需要访问类属性或实例属性的操作。
静态方法的定义和使用

静态方法通过@staticmethod装饰器来定义，这个装饰器可以将普通的函数转换为静态方法。
定义静态方法的基本语法：

class MyClass:
    @staticmethod
    def static_method():
        print("这是一个静态方法")

在上述代码中，static_method 就是一个静态方法，可以通过类名直接调用，而不需要创建类的实例：

MyClass.static_method() # 输出: 这是一个静态方法

静态方法与实例方法的区别

静态方法与实例方法的主要区别在于参数传递和属性访问：

参数传递：静态方法不需要接收类或实例作为第一个参数，因此不需要self或cls参数。

访问属性：静态方法不能直接访问类或实例的属性，因为它们不接收self或cls参数。

调用方式：静态方法可以通过类名直接调用，而实例方法需要通过类的实例调用。

静态方法的适用场景

静态方法适用于多种场景，尤其是在需要执行与类相关的操作但又不需要访问实例属性时。
例如，静态方法可以用作辅助函数、类功能相关的函数组，甚至工厂函数来创建类的实例。

类的专有方法

init : 构造函数，在生成对象时调用
del : 析构函数，释放对象时使用
repr : 打印，转换
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
truediv: 除运算
mod: 求余运算
pow: 乘方

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：

实例(Python 3.0+)

#!/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)

3 案例实践

CASE 综合案例：SubClass extends BaseClass

BaseClass.py
SubClass.py
UseDemo.py

BaseClass

######################
#  类的私有专有方法  #
######################
# __init__ : 构造函数，在生成对象时调用
# __del__ : 析构函数，释放对象时使用
# __repr__ : 打印，转换
# __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

class BaseClass:
    """a Base Class"""
    baseName = "BaseName";

    # __xxx__ 系统定义的成员，前后均有一个“双下划线” 代表 python里特殊方法专用的标识，如 __init__() 代表类的构造函数
    def __init__(self, baseName): # 构造方法
        self.baseName = baseName;
        pass;

    def myBaseName(self): # 公有的实例方法(public)
        return "[BaseClass.myBaseName]" + self.baseName;
        pass;

    def myMethod(self): # 公有的实例方法(public)
        return '[BaseClass.myMethod] 调用父类方法';
        pass;

    ## _xxx "单下划线" 开始的成员变量/方法叫做【保护变量/方法】。只有类实例和子类实例能访问到这些变量， 需通过类提供的接口进行访问；不能用'from module import *'导入
    def _protectedMethod(self): # 保护方法(protected)
        return "protected method";

    ## __private_attrs: 2个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类地外部被使用或直接访问。只有类对象自己能访问，连子类对象也不能访问到这个数据。
    ## __xxx  类中的私有变量/方法名 （Python的【函数】也是【对象】，所以【成员方法】称为【成员变量】也行得通。）
    def __privateMethod(self): # 私有的实例方法(private)
        return "private method";

    @staticmethod
    def staticMethod(msg=None): # 静态方法
        return "[static method] " + msg;

    pass;

SubClass.py

import BaseClass;

"""
    子类 继承/派生 父类
"""
class SubClass(BaseClass):  # 继承
    # 支持多继承：class SubClass(Base1, Base2, Base3):
    """a simple sample of class"""
    i = 12345  # 公有属性：public
    name = ''
    money = 0
    __weight = 0  # 私有属性：private，两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类外部被使用或直接访问

    def __init__(self, name, money, msg=None):  # 构造方法：private,在类实例化时会自动调用
        self.data = [0, 1];
        if type(name).__name__ != 'list':
            BaseClass.__init__(self, name);  # 【调用基类构造方法】
            self.name = name;
        self.msg = msg;
        self.money = money;
        self.__weight = 10;
        self.__whisper();  # 【调用私有方法】
        pass;

    def fun(self):  # 公有方法:public
        print(self.__class__);  # 类的方法与普通的函数的唯一区别——必须一额外的首参数, 按照惯例它的名称为self
        #      self:约定俗成的命名，非固定命名；代表类的实例，而非类本身
        print(self);
        print("[SubClass.fun] 我叫：%s" % (self.name));
        return "[SubClass.fun] Hello World";
        pass;

    def __whisper(self):  # 私有方法：private,外部调用将报错
        print("[SubClass.__whisper__] 内部悄悄话，外人看不见~");
        pass;

    def myMethod(self):  # 重写：重写父类方法
        return '[SubClass.myMethod] 调用子类方法';

    def __add__(self, other):  # 重写私有专有方法
        return SubClass(self.name, self.money + other.money, self.msg + other.msg);
        pass;

    pass;

UseDemo.py

源码

# from SubClass import SubClass # 从 SubClass.py 导入 SubClass 模块
# from SubClass import SubClass as sc # 从 SubClass.py 导入 SubClass 模块，并重命名
import SubClass as scm # 从 SubClass.py 导入 所有模块

"""
oop use demo / 面向对象编程的使用Demo
"""

# obj = SubClass("Johnny", 100);    # 实例化对象，且必须满足__init__()方法要求的参数，否则报错
# obj = sc("Johnny", 100);    # 实例化对象，且必须满足__init__()方法要求的参数，否则报错

print( scm.SubClass.staticMethod("Hello") ) # 通过子类调用父类的静态方法

obj = scm.SubClass("Johnny", 100);    # 实例化对象，且必须满足__init__()方法要求的参数，否则报错
obj.setMessage("Hi, Boy")
print(obj.i);
print(obj.data);
print(obj.name);
print(obj.msg);
print(obj.fun());

obj2 = scm.SubClass("Johnny",200, "");
obj.setMessage("Hi, Guys!")
print(obj.money);
print(obj2.money);
print( (obj +obj2).money);

print(obj.myBaseName()); # 【调用父类方法】
print(obj.myMethod());   # 【调用子类（重写）方法】
print(super(scm.SubClass, obj).myMethod());   # 【调用父类（被重写/覆盖的）方法】

out

[static method] Hello
[SubClass.__whisper__] 内部悄悄话，外人看不见~
12345
[0, 1]
Johnny
Hi, Boy
<class 'SubClass.SubClass'>
<SubClass.SubClass object at 0x00000214B85BBFD0>
[SubClass.fun] 我叫：Johnny
[SubClass.fun] Hello World
[SubClass.__whisper__] 内部悄悄话，外人看不见~
100
200
[SubClass.__whisper__] 内部悄悄话，外人看不见~
300
[BaseClass.myBaseName]Johnny
[SubClass.myMethod] 调用子类方法
[BaseClass.myMethod] 调用父类方法

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X 参考文献

posted @ 2018-10-05 23:53 千千寰宇阅读(382) 评论(0) 收藏举报

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千千寰宇

大数据与Java软件开发从业者，数智化转型实践者。

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类的私有属性

类的私有方法

类的静态方法

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BaseClass

SubClass.py

UseDemo.py

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千千寰宇

大数据与Java软件开发从业者，数智化转型实践者。

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SubClass.py

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