《零基础入门学习Python》（36）--类和对象：面向对象编程的相关知识

前言

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。
a

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。
• 实例变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 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。
• 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。
• 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。

类对象

• 类对象支持两种操作：属性引用和实例化。
• 属性引用使用和 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:

# 一个简单的类实例
class Myclass:

    # 属性：
    i  = 12345

    # 方法：
    def f(self):
        return 'hello world'

# 实例化类
x = Myclass()

# 访问
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。

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Myclass 类的属性 i 为： 12345
Myclass 类的方法 f 输出为： hello world

很多类都倾向于将对象创建为有初始状态的。因此类可能会定义一个__int__()的特殊方法（构造方法）（切记是两个下横线）,像下面这样：

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

类定义了__init__()方法的话，类的实例化操作会自动调用__init()方法。所以在下例中，可以创建一个新的实例：

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

x = Complex(3.0, -4.5)

print(x.r,x.i)

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
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一个参数名称, 按照惯例它的名称是 self

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

t = Test()
t.prt()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x038B8170>
<class '__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，把他换成其他关键字也是可以正常执行的：

class Test:
    def prt(zz):
        print(zz)
        print(zz.__class__)

t = Test()
t.prt()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x03807190>
<class '__main__.Test'>

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。

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1
p = People('小明',10,30)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 说：我 10 岁。

# 实例化类2
p = People('小明',10)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 16, in <module>
    p = People('小明',10)
TypeError: __init__() missing 1 required positional argument: 'w'

继承

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(BaseClassName1):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中基类的顺序，若是基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，从左到右查找基类中是否包含方法。

BaseClassName(示例中的基类名)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)

# 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):
        # 调用父类的构造方法
        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，我在读 %d 年级' % (self.name, self.age,self.grade))

s = Student('小明',10,60,3)
s.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 说：我 10 岁，我在读 3 年级

多继承

Python同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义如下例：

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。

# 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):
        # 调用父类的构造方法
        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，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))

# 多重继承
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('小明',25,80,4,'Python')
test.speak()  #方法名相同，默认调用的是在括号中排前的父类的方法
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我叫 小明，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：

# 定义父类
class Parent:
    def mymethod(self):
        print('我是父类方法')

# 定义子类
class Child(Parent):
    def mymethod(self):
        print('我是子类方法')

# 子类实例化
c = Child()
# 子类调用重写方法
c.mymethod()
# 用子类对象调用父类已被覆盖的方法
super(Child,c).mymethod() #super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法。
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我是子类方法
我是父类方法

类属性与方法

类的私有属性

__private_attrs:两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类地外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.__private_attrs。

类的方法

在类地内部，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。

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 ，不能在类地外部调用。self.__private_methods

类的私有属性示例如下

class JustCounter:
    __secretCount = 0 # 私有属性
    publicCount = 0   # 公开属性

    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
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 18, in <module>
    print(counter.__secretCount) #报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

类的私有方法示例如下

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):            #公有方法
        print('这是公有方法')
        self.__foo()

x = Site('我的博客','xxxxx')

x.who()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
name :  我的博客
url : xxxxx

x._foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 20, in <module>
    x._foo()
AttributeError: 'Site' object has no attribute '_foo'

x.foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
这是公有方法
这是私有方法

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
• __div__: 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，示例如下：

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)
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Vector(7,8)

课后习题

测试题

• 对象中的属性和方法，在编程中实际是什么？

变量(属性)和函数（方法）

• 类和对象是什么关系呢？

类和对象的关系就如同模具和用这个模具制作出的物品之间的关系。
一个类为它的全部对象给出了一个统一的定义，而他的每个对象则是符合这种定义的一个实体，
因此类和对象的关系就是抽象和具体的关系。

• 如果我们定义了一个猫类，那你能想象出由猫类实例化的对象有哪些？

叮当猫，咖啡猫，Tom，Hello Kitty

• 类的定义有些时候或许不那么“拟物”，有时候会抽象一些，例如我们定义个矩形类，那你会为为此添加哪些属性和方法呢？

属性可以是长和宽，方法可以是计算周长、面积等

• 属性可以是长和宽，方法可以是计算周长、面积等

正确的做法是应该尽可能的抽象，因为这样更符合面向对象的思维。

• 请用一句话概括面向对象的几个特征？

封装：对外部隐藏对象的工作细节
继承：子类自动共享父类之间数据和方法的机制
多态：可以对不同类的对象调用相同的方法，产生不同的结果

• 函数和方法有什么区别？

方法默认有一个self参数。

动动手

• 按照以下提示尝试定义一个Person类并生成类实例对象。 
  属性：姓名（默认姓名为’小甲鱼’） 
  方法：打印姓名 
  提示：方法中对属性的引用形式需加上self，如self.name

class Person:
    name = '小甲鱼'

    def printName(self):
       print(self.name)

a = Person()
a.printName()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小甲鱼

• 按照以下提示尝试定义一个矩形类并生成类实例对象。 

属性：长和宽 

方法：设置长和宽->setRect(self),获得长和宽->getRect(self),获得面积->getArea(self) 

提示：方法中对属性的引用形式需加上self，如self.name 

>>> class Rectangle:
    length = 5
    width = 4

    def setRect(self):
        print('请输入矩形的长和宽...')
        self.length = float(input('长：'))
        self.width = float(input('宽：'))

    def getRect(self):
        print('这个矩形的长是： %.2f, 宽是： %.2f' % (self.length,self.width))

    def getArea(self):
        return self.length * self.width

>>> a = Rectangle()
>>> a.getRect()
这个矩形的长是： 5.00, 宽是： 4.00
>>> a.setRect()
请输入矩形的长和宽...
长：5
宽：6

>>> a.getRect()
这个矩形的长是： 5.00, 宽是： 6.00

>>> a.getArea()
30.0