面向对象之封装，抽象类

一.什么是封装

封装指的是隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口，控制程序中属性的访问权限；

python中的权限分为两种

1.公开 外界可以直接访问和修改

2.私有 外界不能直接访问和修改,在当前类中可以直接修改和访问

二.为什么需要封装

1.封装属性

对于属性而言,封装就为了限制属性的访问和修改,其目的是为了保护数据安全

例如:

学生对象拥有,姓名,性别,年龄,和身份证号,分数;其中身份证是一个相对隐私的数据,不应该让外界访问到;

分数属性,是一个非常关键的数据,决定学员能不能正常毕业,不应被随意修改;

2.封装方法

一个大的功能很多情况下是由很多个小功能组合而成的,而这些内部的小功能对于用户而言是没有意义的,所以封装方法的目的是为了隔离复杂度;

例如:

电脑的开机功能,内部需要启动BIOS,读取系统配置,启动硬盘,载入操作系统,等等一系列复杂的操作,但是用户不需要关心这些实现逻辑,只要按下开机键等待开机即可;

三.如何封装

在属性名前添加两个下划线__,将其设置为私有的

1.封装数据属性实例:网页中折叠

class Student:
    def __init__(self,name,gender,age,id,score): # 初始化函数
        self.name = name
        self.gender = gender
        self.age = age
        self.__id = id  # 将id设置为私有的
        self.__score = score # 将score设置为私有的
    def test(self):
        print(self.__id)
        print(self.__score)
​
        
stu = Student("Jack","man",20,"320684198901010001",780)
#1.访问私有属性测试
#print(stu.id) #    直接访问到隐私数据
#print(stu.__id) # 换种写法
#以上两行代码均输出相似的错误 
#Traceback (most recent call last):
#  File "/Users/jerry/PycharmProjects/备课/写课件/test.py", line 102, in <module>
#    print(stu.id)
#AttributeError: 'Student' object has no attribute 'id'
#错误含义 在Student类的对象中没有一个id或__id属性
​
#2.修改私有属性测试
stu.score = 1 # 直接修改私有属性 由于语法特点,相当于给stu对象增加score属性
stu.__score = 2 #   直接修改私有属性 由于语法特点,相当于给stu对象增加__score属性
print(stu.score)
print(stu.__score)
#输出 1 
#输出 2
​
#看起来已经被修改了 调用函数来查看私有属性是否修改成功
stu.test()
#输出 320684198901010001
#输出 780
# 私有的数据没有被修改过

思考:封装可以明确地区分内外，封装的属性可以直接在内部使用，而不能被外部直接使用，然而定义属性的目的终归是要用，外部要想用类隐藏的属性，需要为其提供接口，让外部能够间接地使用到隐藏起来的属性，那这么做的意义何在?

答:可以在接口附加上对该数据操作的限制，以此完成对数据属性操作的严格控制。

class Teacher:
    def __init__(self,name,age):
        # self.__name=name
        # self.__age=age
        self.set_info(name,age)
​
    def tell_info(self):
        print('姓名:%s,年龄:%s' %(self.__name,self.__age))
    def set_info(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError('姓名必须是字符串类型')
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError('年龄必须是整型')
        self.__name=name
        self.__age=age
​
​
t=Teacher('egon',18)
t.tell_info()
​
t.set_info('egon',19)
t.tell_info()

2.封装函数属性实例:网页中折叠

#取款是功能,而这个功能有很多功能组成:插卡、密码认证、输入金额、打印账单、取钱
#对使用者来说,只需要知道取款这个功能即可,其余功能我们都可以隐藏起来
#这么做即隔离了复杂度,同时也提升了安全性
class ATM:
    def __card(self):
        print('插卡')
    def __auth(self):
        print('用户认证')
    def __input(self):
        print('输入取款金额')
    def __print_bill(self):
        print('打印账单')
    def __take_money(self):
        print('取款')
​
    def withdraw(self):
        self.__card()
        self.__auth()
        self.__input()
        self.__print_bill()
        self.__take_money()
​
a=ATM()
a.withdraw()

四.python封装实现原理

#其实这仅仅这是一种变形操作且仅仅只在类定义阶段发生变形
#类中所有双下划线开头的名称如__x都会在类定义时自动变形成：_类名__x的形式：
​
class A:
    __N=0 #类的数据属性就应该是共享的,但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为_A__N
    def __init__(self):
        self.__X=10 #变形为self._A__X
    def __foo(self): #变形为_A__foo
        print('from A')
    def bar(self):
        self.__foo() #只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到.
​
#A._A__N是可以访问到的，
#这种，在外部是无法通过__x这个名字访问到。
a = A()
print(a.__dict__)
#输出 {'_A__X': 10}
​
#定义运行阶段的赋值操作
a.__Y = 1
print(a.__dict__)
#输出 {'_A__X': 10, '__Y': 1}    __y并没有发生变形
​
"""
变形原理总结:
1.这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性，知道了类名和属性名就可以拼出名字：_类名__属性，然后就可以访问了，如a._A__N，即这种操作并不是严格意义上的限制外部访问，仅仅只是一种语法意义上的变形，主要用来限制外部的直接访问。
2.变形的过程只在类的定义时发生一次,在定义后的赋值操作，不会变形
"""

隐藏的函数不会被子类覆盖

 

五.封装之property

property是什么

property是一个装饰器,将一个方法伪装成普通属性,其特殊之处在于,该方法会在修改属性值时自动执行

与之对应的是setter与deleter装饰器:

setter装饰的方法会在修改属性值时自动执行

deleter装饰的方法会在删除属性值自动执行

为什么需要property

当我们将一个属性设置为私有之后,就无法直接访问它们了,需要为其创建两个方法,一个用于访问,一个用于修改 ,但是对于使用者而言,私有的和普通都是属性,然而一个可以用点来访问,用等号来修改,另一个却要调用函数来存取,这就违反了统一访问原则

使用property

class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME=val #将所有的数据属性都隐藏起来
​
    @property
    def name(self):
        return self.__NAME #obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)
​
    @name.setter
    def name(self,value):
        if not isinstance(value,str):  #在设定值之前进行类型检查
            raise TypeError('%s must be str' %value)
        self.__NAME=value #通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME
​
    @name.deleter
    def name(self):
        raise TypeError('Can not delete')
​
f=Foo('Jack') 
​
print(f.name) # 访问property属性
#输出 Jack
f.name="Rose" # 修改property属性 抛出异常'TypeError: 10 must be str'
​
del f.name # 删除property属性 抛出异常'TypeError: Can not delete' 

总结:property的作用是避免使用普通属性和私有属性时的方式发生变化

六.接口(了解)

什么是接口?

usb就是一种接口,电源插座也是接口,接口其实是一套协议规范;

为什么需要接口?

电脑提供USB接口,可以使用任何遵循USB接口协议的设备,其他设备只要按照USB协议的要求来设计产品,就能够被电脑使用,而电脑根本不需要关心这个设备具体是如何实现功能的

1.让使用者无需关心对象的类是什么，只需要的知道这些对象都具备某些功能就可以了，这极大地降低了使用者的使用难度。

2.使得外部使用者可以不加区分的处理所有接口兼容的对象

2.1：就好象linux的泛文件概念一样，所有东西都可以当文件处理，不必关心它是内存、磁盘、网络还是屏幕（当然，对底层设计者，当然也可以区分出“字符设备”和“块设备”，然后做出针对性的设计：细致到什么程度，视需求而定）。

2.2：再比如：我们有一个汽车接口，里面定义了汽车所有的功能，然后由本田汽车的类，奥迪汽车的类，大众汽车的类，他们都实现了汽车接口，这样就好办了，大家只需要学会了怎么开汽车，那么无论是本田，还是奥迪，还是大众我们都会开了，开的时候根本无需关心我开的是哪一类车，操作手法（函数调用）都一样

接口的使用

在python中根本就没有一个叫做interface的关键字，如果非要去模仿接口的概念

1.可以借助第三方模块：

http://pypi.python.org/pypi/zope.interface

2.也可以使用继承来间接的实现接口

继承的两种用途

一：继承基类的方法，并且做出自己的改变或者扩展（代码重用）;

二：声明某个子类兼容于某基类，定义一个接口类（模仿java的Interface），接口类中定义了一些接口名（就是函数名）但并未实现具体的功能，子类继承接口类，并且实现接口中的功能

class IOInterface:#定义接口Interface类来模仿接口的概念，python中压根就没有interface关键字来定义一个接口。
    def read(self): #定接口函数read
        pass
​
    def write(self): #定义接口函数write
        pass
​
​
class Txt(Interface): #文本，具体实现read和write
    def read(self):
        print('文本数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('文本数据的读取方法')
​
class Sata(Interface): #磁盘，具体实现read和write
    def read(self):
        print('硬盘数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('硬盘数据的读取方法')
​
class Process(Interface):
    def read(self):
        print('进程数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('进程数据的读取方法')

上面的代码只是看起来像接口,但是子类完全可以不用去实现接口，没有强制性的要求子类必须实现父类的方法,这就用到了抽象类

七.抽象类 挪到多态

什么是抽象类

什么叫做抽象?

不具体,不清晰的就是抽象的,当我们知道某些对象具备一些功能,但是并不清楚这些功能是如何实现的,那对于我们而言这个功能就是抽象的; 抽象类也一样,如果这个类中的方法是不具体(没有实现功能的代码)的抽象的,那么这个类也是抽象的;

抽象类是一个特殊的类，它的特殊之处在于只能被继承，不能被实例化,且有存在没有实现的方法;

为什么使用抽象类?

抽象类可以实现强制性要求子类必须实现父类声明的方法,这样一来只要一个类是这个抽象类的子类,那么他必然实现了抽象类中的方法,对于使用者而言,只要知道抽象类中的方法,就可以无差别的使用,这个抽象类的任何子类,大大降低了使用成本!

实战

#_*_coding:utf-8_*_
#一切皆文件
import abc #利用abc模块实现抽象类
​
class All_file(metaclass=abc.ABCMeta):
    all_type='file'
    @abc.abstractmethod #定义抽象方法，无需实现功能
    def read(self):
        '子类必须定义读功能'
        pass
​
    @abc.abstractmethod #定义抽象方法，无需实现功能
    def write(self):
        '子类必须定义写功能'
        pass
​
# class Txt(All_file):
#     pass
#
# t1=Txt() #报错,子类没有定义抽象方法
​
class Txt(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('文本数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('文本数据的读取方法')
​
class Sata(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('硬盘数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('硬盘数据的读取方法')
​
class Process(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('进程数据的读取方法')
​
    def write(self):
        print('进程数据的读取方法')
​
wenbenwenjian=Txt()
​
yingpanwenjian=Sata()
​
jinchengwenjian=Process()
​
#这样大家的使用方法时完全一致的,也就是一切皆文件的思想
wenbenwenjian.read()
yingpanwenjian.write()
jinchengwenjian.read()
​
print(wenbenwenjian.all_type)
print(yingpanwenjian.all_type)
print(jinchengwenjian.all_type)

补充:

抽象类中既可以包含抽象方法也可以包含普通方法和属性!

这和接口不同,接口仅仅是协议,所以接口中不应该包含任何具体的实现代码!