面向对象基础
我们先来看一段最基本的 Python 面向对象的应用代码，不要被它的长度吓到。
class Document():
def __init__(self, title, author, context):
print('init function called')
self.title = title
self.author = author
self.__context = context # __开头的属性是私有属性
def get_context_length(self):
return len(self.__context)
def intercept_context(self, length):
self.__context = self.__context[:length]
harry_potter_book = Document('Harry Potter', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')
print(harry_potter_book.title)
print(harry_potter_book.author)
print(harry_potter_book.get_context_length())
harry_potter_book.intercept_context(10)
print(harry_potter_book.get_context_length())
print(harry_potter_book.__context)
########## 输出 ##########
init function called
Harry Potter
J. K. Rowling
77
10
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-b4d048d75003> in <module>()
22 print(harry_potter_book.get_context_length())
23
---> 24 print(harry_potter_book.__context)
AttributeError: 'Document' object has no attribute '__context'
参照着这段代码，我先来简单解释几个概念。
- 类：一群有着相似性的事物的集合，这里对应 Python 的 class。
- 对象：集合中的一个事物，这里对应由 class 生成的某一个 object，比如代码中的 harry_potter_book。
- 属性：对象的某个静态特征，比如上述代码中的 title、author 和 __context。
- 函数：对象的某个动态能力，比如上述代码中的 intercept_context () 函数。
当然，这样的说法既不严谨，也不充分，但如果你对面向对象编程完全不了解，它们可以让你迅速有一个直观的了解。
类，一群有着相同属性和函数的对象的集合。
接下来，我们来具体解读刚刚这段代码。
class Document():
def __init__(self, title, author, context):
print('init function called')
self.title = title
self.author = author
self.__context = context # __开头的属性是私有属性
def get_context_length(self):
return len(self.__context)
def intercept_context(self, length):
self.__context = self.__context[:length]
harry_potter_book = Document('Harry Potter', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')
print(harry_potter_book.title)
print(harry_potter_book.author)
print(harry_potter_book.get_context_length())
harry_potter_book.intercept_context(10)
print(harry_potter_book.get_context_length())
print(harry_potter_book.__context)
########## 输出 ##########
init function called
Harry Potter
J. K. Rowling
77
10
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-b4d048d75003> in <module>()
22 print(harry_potter_book.get_context_length())
23
---> 24 print(harry_potter_book.__context)
AttributeError: 'Document' object has no attribute '__context'
可以看到，class Document 定义了 Document 类，再往下能看到它有三个函数，这三个函数即为 Document 类的三个函数。
其中，init 表示构造函数，意即一个对象生成时会被自动调用的函数。我们能看到， harry_potter_book = Document(…)这一行代码被执行的时候，'init function called’字符串会被打印出来。而 get_context_length() 和 intercept_context() 则为类的普通函数，我们调用它们来对对象的属性做一些事情。
class Document 还有三个属性，title、author 和 __context 分别表示标题、作者和内容，通过构造函数传入。这里代码很直观，我们可以看到， intercept_context 能修改对象 harry_potter_book 的 __context 属性。
这里唯一需要强调的一点是，如果一个属性以 __ （注意，此处有两个 _） 开头，我们就默认这个属性是私有属性。私有属性，是指不希望在类的函数之外的地方被访问和修改的属性。所以，你可以看到，title 和 author 能够很自由地被打印出来，但是 print(harry_potter_book.__context)就会报错。
面向对象进阶
在工程实践中，随着复杂度继续提升，你可能会想到一些问题：
- 如何在一个类中定义一些常量，每个对象都可以方便访问这些常量而不用重新构造？
- 如果一个函数不涉及到访问修改这个类的属性，而放到类外面有点不恰当，怎么做才能更优雅呢？
- 既然类是一群相似的对象的集合，那么可不可以是一群相似的类的集合呢？
前两个问题很好解决，不过，它们涉及到一些常用的代码规范，这里我放了一段代码示例。
class Document():
WELCOME_STR = 'Welcome! The context for this book is {}.'
def __init__(self, title, author, context):
print('init function called')
self.title = title
self.author = author
self.__context = context
# 类函数
@classmethod
def create_empty_book(cls, title, author):
return cls(title=title, author=author, context='nothing')
# 成员函数
def get_context_length(self):
return len(self.__context)
# 静态函数
@staticmethod
def get_welcome(context):
return Document.WELCOME_STR.format(context)
empty_book = Document.create_empty_book('What Every Man Thinks About Apart from Sex', 'Professor Sheridan Simove')
print(empty_book.get_context_length())
print(empty_book.get_welcome('indeed nothing'))
########## 输出 ##########
init function called
7
Welcome! The context for this book is indeed nothing.
第一个问题，在 Python 的类里，你只需要和函数并列地声明并赋值，就可以实现这一点，例如这段代码中的 WELCOME_STR。一种很常规的做法，是用全大写来表示常量，因此我们可以在类中使用 self.WELCOME_STR ，或者在类外使用 Entity.WELCOME_STR ，来表达这个字符串。
而针对第二个问题，我们提出了类函数、成员函数和静态函数三个概念。它们其实很好理解，前两者产生的影响是动态的，能够访问或者修改对象的属性；而静态函数则与类没有什么关联，最明显的特征便是，静态函数的第一个参数没有任何特殊性。
具体来看这几种函数。一般而言，静态函数可以用来做一些简单独立的任务，既方便测试，也能优化代码结构。静态函数还可以通过在函数前一行加上 @staticmethod 来表示，代码中也有相应的示例。这其实使用了装饰器的概念，我们会在后面的章节中详细讲解。
而类函数的第一个参数一般为 cls，表示必须传一个类进来。类函数最常用的功能是实现不同的 init 构造函数，比如上文代码中，我们使用 create_empty_book 类函数，来创造新的书籍对象，其 context 一定为 ‘nothing’。这样的代码，就比你直接构造要清晰一些。类似的，类函数需要装饰器 @classmethod 来声明。
成员函数则是我们最正常的类的函数，它不需要任何装饰器声明，第一个参数 self 代表当前对象的引用，可以通过此函数，来实现想要的查询 / 修改类的属性等功能。
继承
接下来，我们来看第三个问题，既然类是一群相似的对象的集合，那么可不可以是一群相似的类的集合呢？
答案是，当然可以。只要抽象得好，类可以描述成任何事物的集合。
类的继承，顾名思义，指的是一个类既拥有另一个类的特征，也拥有不同于另一个类的独特特征。在这里的第一个类叫做子类，另一个叫做父类，特征其实就是类的属性和函数。
class Entity():
def __init__(self, object_type):
print('parent class init called')
self.object_type = object_type
def get_context_length(self):
raise Exception('get_context_length not implemented')
def print_title(self):
print(self.title)
class Document(Entity):
def __init__(self, title, author, context):
print('Document class init called')
Entity.__init__(self, 'document')
self.title = title
self.author = author
self.__context = context
def get_context_length(self):
return len(self.__context)
class Video(Entity):
def __init__(self, title, author, video_length):
print('Video class init called')
Entity.__init__(self, 'video')
self.title = title
self.author = author
self.__video_length = video_length
def get_context_length(self):
return self.__video_length
harry_potter_book = Document('Harry Potter(Book)', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')
harry_potter_movie = Video('Harry Potter(Movie)', 'J. K. Rowling', 120)
print(harry_potter_book.object_type)
print(harry_potter_movie.object_type)
harry_potter_book.print_title()
harry_potter_movie.print_title()
print(harry_potter_book.get_context_length())
print(harry_potter_movie.get_context_length())
########## 输出 ##########
Document class init called
parent class init called
Video class init called
parent class init called
document
video
Harry Potter(Book)
Harry Potter(Movie)
77
120
我们同样结合代码来学习这些概念。在这段代码中，Document 和 Video 它们有相似的地方，都有相应的标题、作者和内容等属性。我们可以从中抽象出一个叫做 Entity 的类，来作为它俩的父类。
首先需要注意的是构造函数。每个类都有构造函数，继承类在生成对象的时候，是不会自动调用父类的构造函数的，因此你必须在 init() 函数中显式调用父类的构造函数。它们的执行顺序是 子类的构造函数 -> 父类的构造函数。
其次需要注意父类 get_context_length() 函数。如果使用 Entity 直接生成对象，调用 get_context_length() 函数，就会 raise error 中断程序的执行。这其实是一种很好的写法，叫做函数重写，可以使子类必须重新写一遍 get_context_length() 函数，来覆盖掉原有函数。
最后需要注意到 print_title() 函数，这个函数定义在父类中，但是子类的对象可以毫无阻力地使用它来打印 title，这也就体现了继承的优势：减少重复的代码，降低系统的熵值（即复杂度）。
到这里，你对继承就有了比较详细的了解了，面向对象编程也可以说已经入门了。当然，如果你想达到更高的层次，大量练习编程，学习更多的细节知识，都是必不可少的。
最后，我想再为你扩展一下抽象函数和抽象类，我同样会用一段代码来辅助讲解。
from abc import ABCMeta, abstractmethod
class Entity(metaclass=ABCMeta):
@abstractmethod
def get_title(self):
pass
@abstractmethod
def set_title(self, title):
pass
class Document(Entity):
def get_title(self):
return self.title
def set_title(self, title):
self.title = title
document = Document()
document.set_title('Harry Potter')
print(document.get_title())
entity = Entity()
########## 输出 ##########
Harry Potter
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-7-266b2aa47bad> in <module>()
21 print(document.get_title())
22
---> 23 entity = Entity()
24 entity.set_title('Test')
TypeError: Can't instantiate abstract class Entity with abstract methods get_title, set_title
你应该发现了，Entity 本身是没有什么用的，只需拿来定义 Document 和 Video 的一些基本元素就够了。不过，万一你不小心生成 Entity 的对象该怎么办呢？为了防止这样的手误，必须要介绍一下抽象类。
抽象类是一种特殊的类，它生下来就是作为父类存在的，一旦对象化就会报错。同样，抽象函数定义在抽象类之中，子类必须重写该函数才能使用。相应的抽象函数，则是使用装饰器 @abstractmethod 来表示。
我们可以看到，代码中entity = Entity()直接报错，只有通过 Document 继承 Entity 才能正常使用。
这其实正是软件工程中一个很重要的概念，定义接口。大型工程往往需要很多人合作开发，比如在 Facebook 中，在 idea 提出之后，开发组和产品组首先会召开产品设计会，PM（Product Manager，产品经理） 写出产品需求文档，然后迭代；TL（Team Leader，项目经理）编写开发文档，开发文档中会定义不同模块的大致功能和接口、每个模块之间如何协作、单元测试和集成测试、线上灰度测试、监测和日志等等一系列开发流程。
抽象类就是这么一种存在，它是一种自上而下的设计风范，你只需要用少量的代码描述清楚要做的事情，定义好接口，然后就可以交给不同开发人员去开发和对接。