0.啥叫OOP

读者肯定听过 Python 中“一切皆对象”的说法，但可能并不了解它的具体含义，只是在学习的时候听说 Python 是面向对象的编程语言。面向对象编程是在面向过程编程的基础上发展来的，它比面向过程编程具有更强的灵活性和扩展性。面向对象编程是程序员发展的分水岭，很多初学者会因无法理解面向对象而放弃学习编程。类和对象是 Python 的重要特征，相比其它面向对象语言，Python 很容易就可以创建出一个类和对象。同时，Python 也支持面向对象的三大特征：封装、继承和多态。

面向对象编程（Object-oriented Programming，简称 OOP），是一种封装代码的方法。其实，在前面章节的学习中，我们已经接触了封装，比如说，将乱七八糟的数据扔进列表中，这就是一种简单的封装，是数据层面的封装；把常用的代码块打包成一个函数，这也是一种封装，是语句层面的封装。

代码封装，其实就是隐藏实现功能的具体代码，仅留给用户使用的接口，就好像使用计算机，用户只需要使用键盘、鼠标就可以实现一些功能，而根本不需要知道其内部是如何工作的。

面向对象中，常用术语包括：

类：可以理解是一个模板，通过它可以创建出无数个具体实例。比如，前面编写的 tortoise 表示的只是乌龟这个物种，通过它可以创建出无数个实例来代表各种不同特征的乌龟（这一过程又称为类的实例化）。
对象：类并不能直接使用，通过类创建出的实例（又称对象）才能使用。这有点像汽车图纸和汽车的关系，图纸本身（类）并不能为人们使用，通过图纸创建出的一辆辆车（对象）才能使用。
属性：类中的所有变量称为属性。例如，tortoise 这个类中，bodyColor、footNum、weight、hasShell 都是这个类拥有的属性。
方法：类中的所有函数通常称为方法。不过，和函数所有不同的是，类方法至少要包含一个 self 参数（后续会做详细介绍）。例如，tortoise 类中，crawl()、eat()、sleep()、protect() 都是这个类所拥有的方法，类方法无法单独使用，只能和类的对象一起使用。

1.类的构成

Python 中定义一个类使用 class 关键字实现，其基本语法格式如下：

class 类名：
多个（≥0）类属性...
多个（≥0）类方法...

注意，无论是类属性还是类方法，对于类来说，它们都不是必需的，可以有也可以没有。另外，Python 类中属性和方法所在的位置是任意的，即它们之间并没有固定的前后次序。给类起好名字之后，其后要跟有冒号（：），表示告诉 Python 解释器，下面要开始设计类的内部功能了，也就是编写类属性和类方法。其实，类属性指的就是包含在类中的变量；而类方法指的是包含类中的函数。换句话说，类属性和类方法其实分别是包含类中的变量和函数的别称。需要注意的一点是，同属一个类的所有类属性和类方法，要保持统一的缩进格式，通常统一缩进 4 个空格。Python 类是由类头（class 类名）和类体（统一缩进的变量和函数）构成。如果一个类没有任何类属性和类方法，那么可以直接用 pass 关键字作为类体即可。但在实际应用中，很少会创建空类，因为空类没有任何实际意义。

（1）构造函数

在创建类时，我们可以手动添加一个 __init__() 方法，该方法是一个特殊的类实例方法，称为构造方法（或构造函数）。构造方法用于创建对象时使用，每当创建一个类的实例对象时，Python 解释器都会自动调用它。Python 类中，手动添加构造方法的语法格式如下：

def __init__(self,...):
代码块

注意，此方法的方法名中，开头和结尾各有 2 个下划线，且中间不能有空格。Python 中很多这种以双下划线开头、双下划线结尾的方法，都具有特殊的意义。另外，__init__() 方法可以包含多个参数，但必须包含一个名为 self 的参数，且必须作为第一个参数。也就是说，类的构造方法最少也要有一个 self 参数。

注意，即便不手动为类添加任何构造方法，Python 也会自动为类添加一个仅包含 self 参数的构造方法。仅包含 self 参数的 __init__() 构造方法，又称为类的默认构造方法。self 参数是特殊参数，不需要手动传值，Python 会自动传给它值。Python 只是规定，无论是构造方法还是实例方法，最少要包含一个参数，并没有规定该参数的具体名称。之所以将其命名为 self，只是程序员之间约定俗成的一种习惯，遵守这个约定，可以使我们编写的代码具有更好的可读性。Python 类方法中的 self 参数就相当于 C++ 中的 this 指针。 self 代表该方法的调用者，即谁调用该方法，那么 self 就代表谁。

（2）属性和方法

使用已创建好的类对象访问类中实例变量的语法格式如下：

类对象名.变量名

使用类对象调用类中方法的语法格式如下：

对象名.方法名(参数)

注意，对象名和变量名以及方法名之间用点 "." 连接。

无论是类属性还是类方法，都无法像普通变量或者函数那样，在类的外部直接使用它们。我们可以将类看做一个独立的空间，则类属性其实就是在类体中定义的变量，类方法是在类体中定义的函数。类变量指的是在类中，但在各个类方法外定义的变量。类变量的特点是，所有类的实例化对象都同时共享类变量，也就是说，类变量在所有实例化对象中是作为公用资源存在的。类方法的调用方式有 2 种，既可以使用类名直接调用，也可以使用类的实例化对象调用。实例变量指的是在任意类方法内部，以“self.变量名”的方式定义的变量，其特点是只作用于调用方法的对象。另外，实例变量只能通过对象名访问，无法通过类名访问。除了实例变量，类方法中还可以定义局部变量。和前者不同，局部变量直接以“变量名=值”的方式进行定义。通常情况下，定义局部变量是为了所在类方法功能的实现。需要注意的一点是，局部变量只能用于所在函数中，函数执行完成后，局部变量也会被销毁。

和类属性一样，类方法也可以进行更细致的划分，具体可分为类方法、实例方法和静态方法。通常情况下，在类中定义的方法默认都是实例方法。实例方法最大的特点就是，它最少也要包含一个 self 参数，用于绑定调用此方法的实例对象（Python 会自动完成绑定）。实例方法通常会用类对象直接调用。Python 类方法和实例方法相似，它最少也要包含一个参数，只不过类方法中通常将其命名为 cls，Python 会自动将类本身绑定给 cls 参数（注意，绑定的不是类对象）。也就是说，我们在调用类方法时，无需显式为 cls 参数传参。和 self 一样，cls 参数的命名也不是规定的（可以随意命名），只是 Python 程序员约定俗称的习惯而已。和实例方法最大的不同在于，类方法需要使用＠classmethod修饰符进行修饰，静态方法，其实就是我们学过的函数，和函数唯一的区别是，静态方法定义在类这个空间（类命名空间）中，而函数则定义在程序所在的空间（全局命名空间）中。静态方法没有类似 self、cls 这样的特殊参数，因此 Python 解释器不会对它包含的参数做任何类或对象的绑定。也正因为如此，类的静态方法中无法调用任何类属性和类方法。静态方法需要使用＠staticmethod修饰。

2.通过代码看概念（类的构成）

确实，我第一次看到这些的时候，我心里只有一个想法：这些东西TMD什么鬼……感觉不太好理解，为此，菜鸡专门写了一段代码进行学习……

（1）代码演示

下面用python来写一个复数类：

# coding=gbk
class complex:##定义一个复数类
    imag = 0j
    real = 0
    
    def __init__(complex,imag,real):##构造函数，实例方法
        complex.imag = imag
        complex.real = real
       
    @classmethod ##类方法
    def Math1(complex):
        complex.step = 1j##实例变量
        sacle = 2##局部变量
        return complex.imag+complex.step+complex.real*sacle
    
    def Math2(complex):##实例方法
        complex.step = 1j##实例变量
        sacle = 2##局部变量
        return complex.imag+complex.step+complex.real*sacle

    
    @staticmethod
    def Math3():
        complex.step = 1j##实例变量
        sacle = 2##局部变量
        return complex.imag+complex.step+complex.real*sacle

    @staticmethod
    def Math4(complex):
        complex.step = 1j##实例变量
        sacle = 2##局部变量
        return complex.imag+complex.step+complex.real*sacle

    def Printf(self):
        print("这是一个python自定义的复数类")

test = complex(3j,4)
test.Printf()
ans1 = test.Math1()
print(ans1)
ans2 = test.Math2()
print(ans2)
ans3 = test.Math3()
print(ans3)
ans4 = test.Math4(test)
print(ans4)

代码输出结果如下：

（2）代码解读

首先，通过构造函数实例化了一个叫test的complex类，实部为4，虚部为3，而math1作为类方法，其调用的imag和real是类属性，即0+0j，因此返回值为1j；而math2是实例方法，调用的imag和real是实例化时候构造函数的赋值，因此，返回值为8+4j。也就是说，math2无法对类属性imag和real进行取值。

而且。每调用一次类方法需要在该函数前加@classmethod，也就是关键字只是下一个函数的作用域。

而静态函数，调用者可以是类，也可以是对象，没有自动传参的效果。当内部无参数的时候，调用的类属性；当函数参数为实例化的自定义类时候，调用的是实例化参数。绑定到类的方法就是专门给类用的，但其实对象也可以调用，只不过自动传入的第一个参数仍然是类，也就是说这种调用是没有意义的，并且容易引起混淆，

（3）额外扩展

菜鸡的学弟在菜鸡之前学过python，所以菜鸡去找我学弟讨论了这个问题。而我学弟的答复为我引出了一个新的概念“绑定方法”，为此，菜鸡专门去看了一下这个东西，下面给出菜鸡查阅的参考链接：

https://www.cnblogs.com/liunaixu/p/12879302.html（要喷别喷我，喷他……）

也就是说，在python3中的无绑定方法之静态方法，即静态方法就是函数。

3.property()函数

（1）描述符

Python 中，通过使用描述符，可以让程序员在引用一个对象属性时自定义要完成的工作。本质上看，描述符就是一个类，只不过它定义了另一个类中属性的访问方式。换句话说，一个类可以将属性管理全权委托给描述符类。描述符是 Python 中复杂属性访问的基础，它在内部被用于实现 property、方法、类方法、静态方法和 super 类型。

描述符类基于以下 3 个特殊方法，换句话说，这 3 个方法组成了描述符协议：

__set__(self, obj, type=None)：在设置属性时将调用这一方法
__get__(self, obj, value)：在读取属性时将调用这一方法
__delete__(self, obj)：对属性调用 del 时将调用这一方法。

其中，实现了 set和 get方法的描述符类被称为数据描述符；反之，如果只实现了 get 方法，则称为非数据描述符。

实际上，在每次查找属性时，描述符协议中的方法都由类对象的特殊方法 __getattribute__() 调用（注意不要和 __get__() 弄混）。也就是说，每次使用类对象.属性（或者 getattr(类对象，属性值)）的调用方式时，都会隐式地调用 __getattribute__()，它会按照下列顺序查找该属性：

验证该属性是否为类实例对象的数据描述符；
如果不是，就查看该属性是否能在类实例对象的 __dict__ 中找到；

最后，查看该属性是否为类实例对象的非数据描述符。

（2）property()函数

我们一直在用“类对象.属性”的方式访问类中定义的属性，其实这种做法是欠妥的，因为它破坏了类的封装原则。正常情况下，类包含的属性应该是隐藏的，只允许通过类提供的方法来间接实现对类属性的访问和操作。因此，在不破坏类封装原则的基础上，为了能够有效操作类中的属性，类中应包含读（或写）类属性的多个 getter（或 setter）方法，这样就可以通过“类对象.方法(参数)”的方式操作属性。庆幸的是，Python 中提供了 property() 函数，可以实现在不破坏类封装原则的前提下，让开发者依旧使用“类对象.属性”的方式操作类中的属性。

property() 函数的基本使用格式如下：

属性名=property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None)

其中，fget 参数用于指定获取该属性值的类方法，fset 参数用于指定设置该属性值的方法，fdel 参数用于指定删除该属性值的方法，最后的 doc 是一个文档字符串，用于说明此函数的作用。

PS：作为一个C++为主的程序员，我是用不惯这个东西的！

4.封装机制

简单的理解封装（Encapsulation），即在设计类时，刻意地将一些属性和方法隐藏在类的内部，这样在使用此类时，将无法直接以“类对象.属性名”（或者“类对象.方法名(参数)”）的形式调用这些属性（或方法），而只能用未隐藏的类方法间接操作这些隐藏的属性和方法。首先，封装机制保证了类内部数据结构的完整性，因为使用类的用户无法直接看到类中的数据结构，只能使用类允许公开的数据，很好地避免了外部对内部数据的影响，提高了程序的可维护性。除此之外，对一个类实现良好的封装，用户只能借助暴露出来的类方法来访问数据，我们只需要在这些暴露的方法中加入适当的控制逻辑，即可轻松实现用户对类中属性或方法的不合理操作。并且，对类进行良好的封装，还可以提高代码的复用性。

和其它面向对象的编程语言（如 C++、Java）不同，Python 类中的变量和函数，不是公有的（类似 public 属性），就是私有的（类似 private），这 2 种属性的区别如下：

public：公有属性的类变量和类函数，在类的外部、类内部以及子类（后续讲继承特性时会做详细介绍）中，都可以正常访问；
private：私有属性的类变量和类函数，只能在本类内部使用，类的外部以及子类都无法使用。

但是，Python 并没有提供 public、private 这些修饰符。为了实现类的封装，Python 采取了下面的方法：

默认情况下，Python 类中的变量和方法都是公有（public）的，它们的名称前都没有下划线（_）；
如果类中的变量和函数，其名称以双下划线“__”开头，则该变量（函数）为私有变量（私有函数），其属性等同于 private。

除此之外，还可以定义以单下划线“_”开头的类属性或者类方法（例如 _name、_display(self)），这种类属性和类方法通常被视为私有属性和私有方法，虽然它们也能通过类对象正常访问，但这是一种约定俗称的用法，初学者一定要遵守。注意，Python 类中还有以双下划线开头和结尾的类方法（例如类的构造函数__init__(self)），这些都是 Python 内部定义的，用于 Python 内部调用。我们自己定义类属性或者类方法时，不要使用这种格式。

学习python（十一）——类和对象