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python 面向对象之封装与类与对象

封装

一，引子

　　从封装本身的意思去理解，封装就好像是拿来一个麻袋，把小猫，小狗，小王八，小老虎一起装进麻袋，然后把麻袋封上口子。照这种逻辑看，封装=‘隐藏’，这种理解是相当片面的

二，先看如何隐藏

在python中用双下划线开头的方式将属性隐藏起来（设置成私有的）

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#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。

　　

这种变形需要注意的问题是：

　　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

　　3.在继承中，父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以将方法定义为私有的

 

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#正常情况
>>> class A:
...     def fa(self):
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.fa()
...
>>> class B(A):
...     def fa(self):
...         print('from B')
...
>>> b=B()
>>> b.test()
from B
  
 
#把fa定义成私有的，即__fa
>>> class A:
...     def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
...
>>> class B(A):
...     def __fa(self):
...         print('from B')
...
>>> b=B()
>>> b.test()
from A

 

　　

三，封装不是单纯意义的隐藏

　　1：封装数据：将数据隐藏起来这不是目的。隐藏起来然后对外提供操作该数据的接口，然后我们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。

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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：封装的方法：目的是隔离复杂度

封装方法举例： 

　　1. 你的身体没有一处不体现着封装的概念：你的身体把膀胱尿道等等这些尿的功能隐藏了起来，然后为你提供一个尿的接口就可以了（接口就是你的。。。，），你总不能把膀胱挂在身体外面，上厕所的时候就跟别人炫耀：hi，man，你瞅我的膀胱，看看我是怎么尿的。

　　2. 电视机本身是一个黑盒子，隐藏了所有细节，但是一定会对外提供了一堆按钮，这些按钮也正是接口的概念，所以说，封装并不是单纯意义的隐藏！！！

　　3. 快门就是傻瓜相机为傻瓜们提供的方法，该方法将内部复杂的照相功能都隐藏起来了

　　提示：在编程语言里，对外提供的接口（接口可理解为了一个入口），可以是函数，称为接口函数，这与接口的概念还不一样，接口代表一组接口函数的集合体。

隔离复杂度的例子：

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#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,很明显这么做
#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()

　　

3：了解

　　python并不会真的阻止你访问私有的属性，模块也遵循这种约定，如果模块名以单下划线开头，那么from module import *时不能被导入,但是你from module import _private_module依然是可以导入的

　　其实很多时候你去调用一个模块的功能时会遇到单下划线开头的(socket._socket,sys._home,sys._clear_type_cache),这些都是私有的，原则上是供内部调用的，作为外部的你，一意孤行也是可以用的，只不过显得稍微傻逼一点点

　　python要想与其他编程语言一样，严格控制属性的访问权限，只能借助内置方法如__getattr__，

 

四：特性（property）

1：什么是特性property

　　property是一种特殊的属性，访问它时会执行一段功能（函数）然后返回值

　　例一：BMI指数（bmi是计算而来的，但很明显它听起来像是一个属性而非方法，如果我们将其做成一个属性，更便于理解）

  • 成人的BMI数值：
  • 过轻：低于18.5
  • 正常：18.5-23.9
  • 过重：24-27
  • 肥胖：28-32
  • 非常肥胖, 高于32
  • 　　体质指数（BMI）=体重（kg）÷身高^2（m）
  • 　　EX：70kg÷（1.75×1.75）=22.86
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class People:
    def __init__(self,name,weight,height):
        self.name=name
        self.weight=weight
        self.height=height
    @property
    def bmi(self):
        return self.weight / (self.height**2)
 
p1=People('egon',75,1.85)
print(p1.bmi)

　　有了property，用户就可以直接输入年龄，体重得到结果，对于使用者来说，感知不到其属性，这就是使用property的方便之处，此方法必须有一个返回值。

　　例二：圆的周长和面积

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import math
class Circle:
    def __init__(self,radius): #圆的半径radius
        self.radius=radius
 
    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius**2 #计算面积
 
    @property
    def perimeter(self):
        return 2*math.pi*self.radius #计算周长
 
c=Circle(10)
print(c.radius)
print(c.area) #可以向访问数据属性一样去访问area,会触发一个函数的执行,动态计算出一个值
print(c.perimeter) #同上
'''
输出结果:
314.1592653589793
62.83185307179586
'''

　　

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#注意：此时的特性arear和perimeter不能被赋值
c.area=3 #为特性area赋值
'''
抛出异常:
AttributeError: can't set attribute
'''

　　

2：为什么要用property

　　将一个类的函数定义成特性以后，对象再去使用的时候obj.name,根本无法察觉自己的name是执行了一个函数然后计算出来的，这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则

　　除此之外，看下

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ps：面向对象的封装有三种方式:
【public】
这种其实就是不封装,是对外公开的
【protected】
这种封装方式对外不公开,但对朋友(friend)或者子类(形象的说法是“儿子”,但我不知道为什么大家 不说“女儿”,就像“parent”本来是“父母”的意思,但中文都是叫“父类”)公开
【private】
这种封装对谁都不公开

　　python并没有在语法上把它们三个内建到自己的class机制中，在C++里一般会将所有的所有的数据都设置为私有的，然后提供set和get方法（接口）去设置和获取，在python中通过property方法可以实现

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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('egon')
print(f.name)
# f.name=10 #抛出异常'TypeError: 10 must be str'
del f.name #抛出异常'TypeError: Can not delete'

　　

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class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME=val #将所有的数据属性都隐藏起来
 
    def getname(self):
        return self.__NAME #obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)
 
    def setname(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
 
    def delname(self):
        raise TypeError('Can not delete')
 
    name=property(getname,setname,delname) #不如装饰器的方式清晰
 
了解：一种property的古老用法

　　

五，封装与可扩展性

　　封装在于明确区分内外，使得类实现者可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；而外部使用用者只知道一个接口(函数)，只要接口（函数）名、参数不变，使用者的代码永远无需改变。这就提供一个良好的合作基础——或者说，只要接口这个基础约定不变，则代码改变不足为虑。

 

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#类的设计者
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #对外提供的接口，隐藏了内部的实现细节，此时我们想求的是面积
        return self.__width * self.__length
 
 
#使用者
>>> r1=Room('卧室','egon',20,20,20)
>>> r1.tell_area() #使用者调用接口tell_area
 
 
#类的设计者，轻松的扩展了功能，而类的使用者完全不需要改变自己的代码
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #对外提供的接口，隐藏内部实现，此时我们想求的是体积,内部逻辑变了,只需求修该下列一行就可以很简答的实现,而且外部调用感知不到,仍然使用该方法，但是功能已经变了
        return self.__width * self.__length * self.__high
 
 
#对于仍然在使用tell_area接口的人来说，根本无需改动自己的代码，就可以用上新功能
>>> r1.tell_area()

　　

 类与对象

1：什么是类，什么是对象？

　　类即类别、种类，是面向对象设计最重要的概念，从一小节我们得知对象是特征与技能的结合体，而类则是一系列对象相似的特征与技能的结合体。

　　那么问题来了，先有的一个个具体存在的对象（比如一个具体存在的人），还是先有的人类这个概念，这个问题需要分两种情况去看

在现实世界中：肯定是先有对象，再有类

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世界上肯定是先出现各种各样的实际存在的物体，然后随着人类文明的发展，
人类站在不同的角度总结出了不同的种类，比如人类、动物类、植物类等概念。
也就说，对象是具体的存在，而类仅仅只是一个概念，并不真实存在，
比如你无法告诉我人类具体指的是哪一个人。

在程序中：务必保证先定义类，后产生对象

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这与函数的使用是类似的：先定义函数，后调用函数，类也是一样的：
在程序中需要先定义类，后调用类。不一样的是：调用函数会执行函数体代码
返回的是函数体执行的结果，而调用类会产生对象，返回的是对象

　　

2：类的定义

　　我们来定义一个类（我们站在学校的角度去看，在座的各位都是学生）

　　在现实社会中，先有对象，再有类

　　

　　在程序中，务必保证：先定义（类），后使用类（用来产生对象）

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#在Python中程序中的类用class关键字定义，而在程序中特征用变量标识，
技能用函数标识，因而类中最常见的无非是：变量和函数的定义
class OldboyStudent:
    school='oldboy'
    def learn(self):
        print('is learning')
 
    def eat(self):
        print('is eating')
 
    def sleep(self):
        print('is sleeping')

　　

注意：

  • 类中可以有任意python代码，这些代码在类定义阶段便会执行，因而会产生新的名称空间，用来存放类的变量名与函数名，可以通过OldboyStudent.__dict__查看
  • 类中定义的名字，都是类的属性，点是访问属性的语法。
  • 对于经典类来说我们可以通过该字典操作类名称空间的名字，但新式类有限制（新式类与经典类的区别我们将在后续章节介绍）

　　

总结：

　　1，站的角度不同，定义出来的类是截然不同的

　　2，现实中的类并不完全等于程序中的类，比如现实中的公司类，在程序中有时需要拆分成部门类，业务类。。。

　　3，有时候为了编程需求，程序中也有可能会定义现实中不存在的类，比如策略类，现实中并不存在，但是在程序中确实一个很常见的类。

3：python为类内置的特殊属性

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类名.__name__# 类的名字(字符串)
 
类名.__doc__# 类的文档字符串
 
类名.__base__# 类的第一个父类(在讲继承时会讲)
 
类名.__bases__# 类所有父类构成的元组(在讲继承时会讲)
 
类名.__dict__# 类的字典属性 类名.__module__# 类定义所在的模块
 
类名.__class__# 实例对应的类(仅新式类中)

　　

补充说明：从代码级别看面向对象

　　

4：类的使用

4.1：引用类

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OldboyStudent.school #查
OldboyStudent.school='Oldboy' #改
OldboyStudent.x=1 #增
del OldboyStudent.x #删

4.2：调用类，或称为实例化，得到程序中的对象

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s1=OldboyStudent()
s2=OldboyStudent()
s3=OldboyStudent()
 
#如此，s1、s2、s3都一样了，而这三者除了相似的属性之外还各种不同的属性，这就用到了__init__

4.3：__init__方法

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#注意：该方法是在对象产生之后才会执行，只用来为对象进行初始化操作，
可以有任意代码，但一定不能有返回值
class OldboyStudent:
    ......
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name=name
        self.age=age
        self.sex=sex
    ......
 
s1=OldboyStudent('李坦克','男',18) #先调用类产生空对象s1，
然后调用OldboyStudent.__init__(s1,'李坦克','男',18)
s2=OldboyStudent('王大炮','女',38)
s3=OldboyStudent('牛榴弹','男',78)

5：对象的使用

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#执行__init__,s1.name='牛榴弹'，很明显也会产生对象的名称空间可以用s2.__dict__查看，
查看结果为{'name': '王大炮', 'age': '女', 'sex': 38}
 
s2.name #查，等同于s2.__dict__['name']
s2.name='王三炮' #改，等同于s2.__dict__['name']='王三炮'
s2.course='python' #增，等同于s2.__dict__['course']='python'
del s2.course #删，等同于s2.__dict__.pop('course')

　　

补充说明：

  • 站的角度不同，定义出的类是截然不同的；
  • 现实中的类并不完全等于程序中的类，比如现实中的公司类，在程序中有时需要拆分成部门类，业务类等；
  • 有时为了编程需求，程序中也可能会定义现实中不存在的类，比如策略类，现实中并不存在，但是在程序中却是一个很常见的类。

6：属性查找

　　类有两种属性：数据属性和函数属性

1，类的数据属性是所有对象共享的

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#类的数据属性是所有对象共享的,id都一样
print(id(OldboyStudent.school))
 
print(id(s1.school)) #4377347328
print(id(s2.school)) #4377347328
print(id(s3.school)) #4377347328

2，类的函数数据是绑定给对象用的，称为绑定到对象的方法

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#类的函数属性是绑定给对象使用的,obj.method称为绑定方法,内存地址都不一样
 
print(OldboyStudent.learn) #<function OldboyStudent.learn at 0x1021329d8>
print(s1.learn) #<bound method OldboyStudent.learn of <__main__.OldboyStudent object at 0x1021466d8>>
print(s2.learn) #<bound method OldboyStudent.learn of <__main__.OldboyStudent object at 0x102146710>>
print(s3.learn) #<bound method OldboyStudent.learn of <__main__.OldboyStudent object at 0x102146748>>
 
#ps:id是python的实现机制,并不能真实反映内存地址,如果有内存地址,还是以内存地址为准

　　在obj.name会先从obj自己的名称空间里找name，找不到则去类中找，类也找不到就找父类...最后都找不到就抛出异常

7：绑定方法（绑定到对象的方法的特殊之处）

定义类并实例化三个对象

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class OldboyStudent:
    school='oldboy'
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name=name
        self.age=age
        self.sex=sex
    def learn(self):
        print('%s is learning' %self.name) #新增self.name
 
    def eat(self):
        print('%s is eating' %self.name)
 
    def sleep(self):
        print('%s is sleeping' %self.name)
 
 
s1=OldboyStudent('李坦克','男',18)
s2=OldboyStudent('王大炮','女',38)
s3=OldboyStudent('牛榴弹','男',78)

　　类中定义的函数（没有被任何装饰器装饰的）是类的函数属性，类可以使用，但必须遵循函数的参数规则，有几个参数需要传几个参数

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OldboyStudent.learn(s1) #李坦克 is learning
OldboyStudent.learn(s2) #王大炮 is learning
OldboyStudent.learn(s3) #牛榴弹 is learning

　　

　　类中定义的函数（没有被任何装饰器装饰的）,其实主要是给对象使用的，而且是绑定到对象的，虽然所有对象指向的都是相同的功能，但是绑定到不同的对象就是不同的绑定方法

　　强调：绑定到对象的方法的特殊之处在于，绑定给谁就由谁来调用，谁来调用，就会将‘谁’本身当做第一个参数传给方法，即自动传值（方法__init__也是一样的道理）

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s1.learn() #等同于OldboyStudent.learn(s1)
s2.learn() #等同于OldboyStudent.learn(s2)
s3.learn() #等同于OldboyStudent.learn(s3)

　　注意：绑定到对象的方法的这种自动传值的特征，决定了在类中定义的函数都要默认写一个参数self，self可以是任意名字，但是约定俗成地写出self。

8：类即类型

　　python中一切皆为对象，且python3中类与类型是一个概念，类型就是类

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#类型dict就是类dict
>>> list
<class 'list'>
 
#实例化的到3个对象l1,l2,l3
>>> l1=list()
>>> l2=list()
>>> l3=list()
 
#三个对象都有绑定方法append,是相同的功能,但内存地址不同
>>> l1.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b48>
>>> l2.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b88>
>>> l3.append
<built-in method append of list object at 0x10b482bc8>
 
#操作绑定方法l1.append(3),就是在往l1添加3,绝对不会将3添加到l2或l3
>>> l1.append(3)
>>> l1
[3]
>>> l2
[]
>>> l3
[]
#调用类list.append(l3,111)等同于l3.append(111)
>>> list.append(l3,111) #l3.append(111)
>>> l3
[111]

　　

9：构造方法__init__(...)

　　__init__(...)被称为 构造方法或初始化方法，在例实例化过程中自动执行，目的是初始化实例的一些属性。每个实例通过__init__初始化的属性都是独有的

　　主要作用就是实例化时在给实例一些初始化参数，或者执行一些其他的初始化工作，总之这个__init__只要一实例化，就会自动执行，所以不管你在这个方法里面写了什么东西，它都会统统在实例化时执行一遍

9.1：普通方法

　　定义类的一些正常功能，比如人这个类，可以说话，走路，吃饭等，每个方法其实相当于一个功能或者动作

9.2：析构方法（解构方法）

　　实例在内存中被删除时，会自动执行这个方法，如你在内存里生成了一个人的实例，现在他被打死了，那这个人除了自己的实例要被删除外，可能它在实例外产生的一些痕迹也要清除掉，清除的动作就可以写在这个方法里

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class Person(object):
 
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
 
    def talk(self):
        print("Hello, my name is %s, I'm %s years old!" % (self.name, self.age))
 
    def __del__(self):
        print("running del method, this person must be died.")
 
 
p = Person("Alex", 22)
p.talk()
 
del p
 
print('--end program--')

　　

9.3：对象之间的交互

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class Garen:        #定义英雄盖伦的类，不同的玩家可以用它实例出自己英雄;
    camp='Demacia'  #所有玩家的英雄(盖伦)的阵营都是Demacia;
    def __init__(self,nickname,aggressivity=58,life_value=455): #英雄的初始攻击力58...;
        self.nickname=nickname  #为自己的盖伦起个别名;
        self.aggressivity=aggressivity #英雄都有自己的攻击力;
        self.life_value=life_value #英雄都有自己的生命值;
    def attack(self,enemy):   #普通攻击技能，enemy是敌人;
        enemy.life_value-=self.aggressivity #根据自己的攻击力，攻击敌人就减掉敌人的生命值。

　　我们可以仿照garen类再创建一个Riven类

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class Riven:
    camp='Noxus'  #所有玩家的英雄(锐雯)的阵营都是Noxus;
    def __init__(self,nickname,aggressivity=54,life_value=414): #英雄的初始攻击力54;
        self.nickname=nickname  #为自己的锐雯起个别名;
        self.aggressivity=aggressivity #英雄都有自己的攻击力;
        self.life_value=life_value #英雄都有自己的生命值;
    def attack(self,enemy):   #普通攻击技能，enemy是敌人;
        enemy.life_value-=self.aggressivity #根据自己的攻击力，攻击敌人就减掉敌人的生命值。

　　实例除两英雄

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>>> g1=Garen('草丛伦')
>>> r1=Riven('锐雯雯')

　　交互：瑞文雯攻击草丛论，反之一样

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>>> g1.life_value
455
>>> r1.attack(g1)
>>> g1.life_value
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9.4：补充：

garen_hero.Q()称为向garen_hero这个对象发送了一条消息，让他去执行Q这个功能，类似的有：

　　garen_hero.W()

　　garen_hero.E()

　　garen_hero.R()

小节练习

练习1：编写一个学生类，产生一堆学生对象

　　要求：有一个计数器（属性），统计总共实例了多少个对象

 

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class Studentclass:
    school = 'jiaotong university'
    count = 0
 
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex =sex
        Studentclass.count +=1
    def learn(self):
        print('%s is learning'%self.name)
stu1 = Studentclass('james',23,'male')
stu2 = Studentclass('poal',24,'male')
stu3 = Studentclass('harden',25,'male')
print(Studentclass.count)
print(stu1.__dict__)
print(stu2.__dict__)
print(stu3.__dict__)
print(stu1.count)
print(stu2.count)
print(stu3.count)

 

　　

 

练习2：模仿王者荣耀定义两个英雄类

　　要求：

  1. 英雄需要有昵称、攻击力、生命值等属性；
  2. 实例化出两个英雄对象；
  3. 英雄之间可以互殴，被殴打的一方掉血，血量小于0则判定为死亡。
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class Hero:
    def __init__(self,nickname,life_value,aggresivity):
        self.nickname = nickname
        self.life_value = life_value
        self.aggresivity = aggresivity
    def attack(self,enemy):
        enemy.life_value -= self.aggresivity
 
class Garen(Hero):
   pass
 
class Riven(Hero):
    pass
g1=Garen('草丛论',100,20)
r1 = Riven('放逐之刃',80,50)
 
print(r1.life_value)
g1.attack(r1)
print(r1.life_value)

　　

 

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