Python 从入门到进阶之路（五）

之前的文章我们简单介绍了一下 Python 的函数，本篇文章我们来看一下 Python 中的面向对象。

 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。

面向对象技术简介

• 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：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，是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。
• 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。

Python 中定义类的方法是以 class k开头，我们先定义一个类：

class Cat:
    def eat(self):
        print("猫吃鱼")
        
cat = Cat()
cat.eat()  # 猫吃鱼

如上 ，我们定义了一个 Cat 类，里面定义了一个方法，我们可以通过 变量=类名() 的方式来实例化一个类，这样我们就可以调用类里面的属性和方法，所以当我们调用 cat.eat() 时输出打印 Cat 类里面的 eat() 方法。

在上面的 eat() 方法中，我们默认穿了一个 self 的参数，它代表该类的实例，不一定非叫 self ，可以叫 xxx，只是我们约定俗成叫 self，跟 *args 和 **kwargs 一个道理，那该如何理解这个 self 呢，如下：

class Cat:
    def eat(self):
        print(self.name+"吃鱼")


tom = Cat()
tom.name = "Tom"
tom.eat()  # Tom吃鱼

jerry = Cat()
jerry.name = "Jerry"
jerry.eat()  # Jerry吃鱼

在上面的代码中，我们定义了两个 Cat 的实例，并且在每个实例中都添加了一个 name 属性，如果我们想要在 eat() 方法中输出各自定义的 name 值，我们可以通过 self 属性来定义，因为 self 就表示该类的实例，所以就会去拿各自实例里面的 name 值。

上面的代码中我们可以实现输出不同的 name 值，但是需要我们在实例化后自己定义 name，我们也可以在定义类的时候就将 name 值传入来做：

class Cat:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def eat(self):
        print(self.name+"吃鱼")

tom = Cat("Tom")
tom.eat()  # Tom吃鱼

jerry = Cat("Jerry")
jerry.eat()  # Jerry吃鱼

上面的代码中，我们在 Cat 类中定义了一个 __init__() 的方法，该方法是类自带的方法，第一个参数必须为 self，我们可以在里面定义自己所需的变量。如上，我们在实例化 Cat 类的时候就将 Tom ，Jeery 传入，然后在 self 形参后面添加形参，该形参与传入参数的顺序意义对应，这样我们就可以使用传入的参数了，定义和使用时需要在前面加 self. 

在上面的代码演示中，我们可以看出当我们实例化一个类之后，就能调用该类的方法，这种方法叫公有方法，还有一种方法叫私有方法，就是实例化后不能被调用，只有自己内部可以调用，如下：

class Cat:
    def __init__(self,name):
        self.name= name
    def eat(self):
        print(self.name+"吃鱼")
        self.__run()
    def __run(self):
        print("私有方法")

tom = Cat("Tom")
tom.eat()  # Tom吃鱼  私有方法
tom.__run()  # AttributeError: 'Cat' object has no attribute '__run'

上面的代码中当我们实例化 tom 后，可以通过 eat() 方法调用到 __run() 方法，但是直接调用 __run() 会报错。

不仅私有方法不能被调用，私有属性也不能，如下：

class Cat:
    age = 11
    __height = 120
    def add(self):
        self.age += 1
        self.__height += 1

tom = Cat()
tom.add()
print(tom.age)  # 12
print(tom.__height)  # AttributeError: 'Cat' object has no attribute '__height'

接下来我们看一下类中的继承，在上面的代码中我们定义了一个 Cat 的类，里面有一个 eat() 方法，当我们定义一个 Dog 类时，它也有一个 eat() 方法，而且 eat() 方法是一样的，现在 Cat 类有一个 bark() 方法，Dog 类里也有一个 bark() 方法，但是这两个方法执行的结果不一样，而且 Dog 类里有一个 swim() 方法，而 Cat 里没有，如果我们都分别定义这两个类的话，代码会很长，而且如果两个相同的 eat() 方法需要修改时需要修改两个地方，这时我们可以用继承的方式解决，如下：

class Animal:
    def eat(self):
        print("吃吃吃")

class Cat(Animal):
    def bark(self):
        print("喵喵喵")

class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print("汪汪汪")

    def swim(self):
        print("狗刨式")

cat = Cat()
cat.eat()  # 吃吃吃
cat.bark()  # 喵喵喵
cat.swim()  # AttributeError: 'Cat' object has no attribute 'swim'

dog = Dog()
dog.eat()  # 吃吃吃
dog.bark()  # 汪汪汪
dog.swim()  # 狗刨式

我们将 Cat 类和 Dog 类相同的 eat() 方法定义在了 Animal 类里，然后在创建 Cat 和 Dog 类时添加了 (Animal)，意思是继承 Animal 类，这样我们在实例化 Cat 和 Dog 类后就能调用 Animal 类里的方法 eat()，而且还能调用各自实例里的 bark() 方法，但是如果没有另一个类，则不能使用该类的方法，如 cat 调用 dog 的 swim() 方法就会报错。

当然我们可以让 Cat 类也继承 Dog 类，如下：

class Animal:
    def eat(self):
        print("吃吃吃")
# Cat 类要想继承 Dog 类必须写在 Dog 类后面
# class Cat(Dog,Animal):
#     def bark(self):
#         print("喵喵喵")

class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print("汪汪汪")
    def swim(self):
        print("狗刨式")

class Cat(Dog,Animal):
    def bark(self):
        print("喵喵喵")

cat = Cat()
cat.eat()  # 吃吃吃
cat.bark()  # 喵喵喵
cat.swim()  # 狗刨式

dog = Dog()
dog.eat()  # 吃吃吃
dog.bark()  # 汪汪汪
dog.swim()  # 狗刨式

如上，我们可以让 Cat 同时继承 Dog 和 Animal 两个类，但是如若想要继承某类，必须先创建该类。

我们也可以多重继承，即让 Animal 类也继承某类，这样 Cat 和 Dog 如果继承了 Animal 类，那么也可以使用 Animal 类继承的父类的属性和方法。

只得注意的是私有属性和方法不能被继承，因为私有属性和方法只能在自己的类中使用。

 

接下来我们看一下类中方法的重写：

class Animal:
    def eat(self):
        print("吃吃吃")

class Cat(Animal):
    pass

class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("大口大口吃")

cat = Cat()
cat.eat()  # 吃吃吃

dog = Dog()
dog.eat()  # 大口大口吃

在上面的代码中，我们让 Cat 和 Dog 类都继承了 Animal 类，但是在 Dog 类中，我们定义了一个和 Animal 类中一样的方法名，但是执行的结果不一样，当我们分别调用实例化的 cat 和 dog 的 eat() 方法时，Cat 类由于没有自己的 eat() 方法，所以向上寻找，发现继承的 Animal 类中有 eat() 方法，所以就调用了 Animal 类中的 eat() 方法，但是 Dog 类中有 eat() 方法，所以就调用自己的 eat() 方法，不在向上寻找，这就是类中方法的重写。

 

在上面我们说过了类属性和实例方法，接下来我们来看一下类方法：

class Cat:
    # 类属性
    age = 10

    # 实例方法
    def __init__(self):
        self.name = "Tom"

    def info(self):
        print(self.name, self.age)

    # 类方法
    @classmethod
    def addAge(cls):
        cls.age = 22

tom = Cat()
tom.info()  # Tom 10
Cat.info()  # TypeError: info() missing 1 required positional argument: 'self'

tom.addAge()
print(tom.age)  # 22
print(Cat.age)  # 22

Cat.addAge()
print(tom.age)  # 22
print(Cat.age)  # 22

如果我们在类里面的方法前面加 @classmethod，就表明该方法为类方法，在说类方法前我们再来看一下实例方法。

当我们实例化一个 tom 后，我们就可以调用 tom 里面的实例方法，我们之前说过 self 指的是该类的实例化，所以当我们调用 tom.info() 时能正常调用，但是 Cat.info() 时则会报错，因为里面的 self 指向的是实例化的 tom，而不是 Cat 类，所以会报错。

在类方法中，我们同样谣传一个默认的形参，默认叫 cls，它指向的是类本身，而不是该类的实例化，所以我们可以通过 cls.age=22 来更改类里面的类属性，而且类方法 addAge() 可以使用实例化的 tom 来调用，也可以使用 Cat 类本身来调用。