【Python之路】特别篇--Python面向对象（初级篇）

概述

• 面向过程：根据业务逻辑从上到下写垒代码

• 函数式：将某功能代码封装到函数中，日后便无需重复编写，仅调用函数即可

• 面向对象：对函数进行分类和封装，让开发“更快更好更强...”

面向过程编程最易被初学者接受，其往往用一长段代码来实现指定功能，开发过程中最常见的操作就是复制粘贴

即：将之前实现的代码块复制到现需功能处。

while True：
    if cpu利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
 
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
 
    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

　　随着时间的推移，开始使用了函数式编程，增强代码的重用性和可读性，就变成了这样：

def 发送邮件(内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接
 
while True：
 
    if cpu利用率 > 90%:
        发送邮件('CPU报警')
 
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件('硬盘报警')
 
    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件('内存报警') 

今天我们来学习一种新的编程方式：面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）

　　注：Java和C#来说只支持面向对象编程，而python比较灵活即支持面向对象编程也支持函数式编程

创建类和对象

　　面向对象编程是一种编程方式，此编程方式的落地需要使用 “类” 和 “对象” 来实现，所以，面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。

　　类就是一个模板，模板里可以包含多个函数，函数里实现一些功能

　　对象则是根据模板创建的实例，通过实例对象可以执行类中的函数

　　

• class是关键字，表示类

• 创建对象，类名称后加括号即可

注：类中的函数第一个参数必须是self（详细见：类的三大特性之封装）

　　类中定义的函数叫做 “方法”

# 创建类
class Foo:
     
    def Bar(self):
        print 'Bar'
 
    def Hello(self, name):
        print 'i am %s' %name
 
# 根据类Foo创建对象obj
obj = Foo()
obj.Bar()            #执行Bar方法
obj.Hello('alex')    #执行Hello方法　

诶，你在这里是不是有疑问了？使用函数式编程和面向对象编程方式来执行一个“方法”时函数要比面向对象简便

• 面向对象：【创建对象】【通过对象执行方法】

• 函数编程：【执行函数】

观察上述对比答案则是肯定的，然后并非绝对，场景的不同适合其的编程方式也不同。

总结：函数式的应用场景 --> 各个函数之间是独立且无共用的数据

面向对象三大特性

面向对象的三大特性是指：封装、继承和多态。

一、封装

封装，顾名思义就是将内容封装到某个地方，以后再去调用被封装在某处的内容。

所以，在使用面向对象的封装特性时，需要：

• 将内容封装到某处

• 从某处调用被封装的内容

第一步：将内容封装到某处

注：self 是一个形式参数，当执行 obj1 = Foo(' Alex ', 18 ) 时，self 等于 obj1

                                         当执行 obj2 = Foo(' eric ', 78 ) 时，self 等于 obj2

class Foo:
    def __init__(self):
        print(self)
 
obj1 = Foo()
print(obj1)
 
<__main__.Foo object at 0x00000001B177AB70>
<__main__.Foo object at 0x00000001B177AB70>

所以，内容其实被封装到了对象 obj1 和 obj2 中，每个对象中都有 name 和 age 属性，在内存里类似于下图来保存。

 

第二步：从某处调用被封装的内容

调用被封装的内容时，有两种情况：

• 通过对象 直接调用

• 通过 self 间接调用

1、通过对象直接调用被封装的内容

上图展示了对象 obj1 和 obj2 在内存中保存的方式，根据保存格式可以如此调用被封装的内容：对象.属性名

class Foo:
 
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
 
obj1 = Foo('Alex', 18)
print(obj1.name)             # 直接调用obj1对象的name属性
print(obj1.age)              # 直接调用obj1对象的age属性
 
obj2 = Foo('eric', 20)
print(obj2.name)             # 直接调用obj2对象的name属性
print(obj2.age)              # 直接调用obj2对象的age属性

2、通过self间接调用被封装的内容

执行类中的方法时，需要通过self间接调用被封装的内容

class Foo:
  
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
  
    def detail(self):
        print self.name
        print self.age
  
obj1 = Foo('Alex', 18)
obj1.detail()           # Python默认会将obj1传给self参数，即：obj1.detail(obj1)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj1，即：self.name 是 Alex；self.age 是 18
  
obj2 = Foo('eric', 20)
obj2.detail()           # Python默认会将obj2传给self参数，即：obj1.detail(obj2)，所以，此时方法内部的 self ＝ obj2，即：self.name 是 eric； self.age 是 20

综上所述，对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中，然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

 

二、继承

　　继承，面向对象中的继承和现实生活中的继承相同，即：子可以继承父的内容。

例如：

　　猫可以：喵喵叫、吃、喝、拉、撒

　　狗可以：汪汪叫、吃、喝、拉、撒

如果我们要分别为猫和狗创建一个类，那么就需要为 猫 和 狗 实现他们所有的功能，如下所示：

class 猫：

    def 喵喵叫(self):
        print '喵喵叫'

    def 吃(self):
        # do something

    def 喝(self):
        # do something

    def 拉(self):
        # do something

    def 撒(self):
        # do something

class 狗：

    def 汪汪叫(self):
        print '喵喵叫'

    def 吃(self):
        # do something

    def 喝(self):
        # do something

    def 拉(self):
        # do something

    def 撒(self):
        # do something

上述代码不难看出，吃、喝、拉、撒是猫和狗都具有的功能，而我们却分别的猫和狗的类中编写了两次。如果使用 继承 的思想，如下实现：

　　动物：吃、喝、拉、撒

　　   猫：喵喵叫（猫继承动物的功能）

　　   狗：汪汪叫（狗继承动物的功能）

class 动物:

    def 吃(self):
        # do something

    def 喝(self):
        # do something

    def 拉(self):
        # do something

    def 撒(self):
        # do something

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 猫(动物)：

    def 喵喵叫(self):
        print '喵喵叫'
        
# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 狗(动物)：

    def 汪汪叫(self):
        print '喵喵叫'

class Animal:

    def eat(self):
        print "%s 吃 " %self.name

    def drink(self):
        print "%s 喝 " %self.name

    def shit(self):
        print "%s 拉 " %self.name

    def pee(self):
        print "%s 撒 " %self.name


class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '猫'

    def cry(self):
        print '喵喵叫'

class Dog(Animal):
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed ＝ '狗'
        
    def cry(self):
        print '汪汪叫'
        

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.eat()

所以，对于面向对象的继承来说，其实就是将多个类共有的方法提取到父类中，子类仅需继承父类而不必一一实现每个方法。

注：除了子类和父类的称谓，你可能看到过 派生类 和 基类 ，他们与子类和父类只是叫法不同而已。

学习了继承的写法之后，我们用代码来是上述阿猫阿狗的功能：

 

那么问题又来了，多继承呢？

• 是否可以继承多个类

• 如果继承的多个类每个类中都定了相同的函数，那么那一个会被使用呢？

1、Python的类可以继承多个类，Java和C#中则只能继承一个类

2、Python的类如果继承了多个类，那么其寻找方法的方式有两种，分别是：深度优先和广度优先

• 当类是经典类时，多继承情况下，会按照深度优先方式查找

• 当类是新式类时，多继承情况下，会按照广度优先方式查找

　　经典类和新式类，从字面上可以看出一个老一个新，新的必然包含了跟多的功能，也是之后推荐的写法，从写法上区分的话：

　　如果 当前类或者父类继承了object类，那么该类便是新式类，否则便是经典类。

 

class D:

    def bar(self):
        print 'D.bar'


class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'


class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'


class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> D --> C
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

class D(object):

    def bar(self):
        print 'D.bar'


class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'


class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'


class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> C --> D
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

经典类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错

新式类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错

注意：在上述查找过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了

注意:

py2 经典类-> 深度优先  |  新式类 -> 广度优先

py3 统一 广度优先 !

 

三、多态 

　　多态是为了实现：接口重用；多态的作用：同一接口，多实现

　　Pyhon不支持Java和C#这一类强类型语言中多态的写法，但是Python原生多态，其Python崇尚“鸭子类型”。

class F1:
    pass


class S1(F1):

    def show(self):
        print 'S1.show'


class S2(F1):

    def show(self):
        print 'S2.show'


# 由于在Java或C#中定义函数参数时，必须指定参数的类型
# 为了让Func函数既可以执行S1对象的show方法，又可以执行S2对象的show方法，所以，定义了一个S1和S2类的父类
# 而实际传入的参数是：S1对象和S2对象

def Func(F1 obj):
    """Func函数需要接收一个F1类型或者F1子类的类型"""
    
    print obj.show()
    
s1_obj = S1()
Func(s1_obj) # 在Func函数中传入S1类的对象 s1_obj，执行 S1 的show方法，结果：S1.show

s2_obj = S2()
Func(s2_obj) # 在Func函数中传入Ss类的对象 ss_obj，执行 Ss 的show方法，结果：S2.show

class F1:
    pass


class S1(F1):

    def show(self):
        print 'S1.show'


class S2(F1):

    def show(self):
        print 'S2.show'

def Func(obj):
    print obj.show()

s1_obj = S1()
Func(s1_obj) 

s2_obj = S2()
Func(s2_obj) 

 

总结 

以上就是本节对于面向对象初级知识的介绍，总结如下：

• 面向对象是一种编程方式，此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用

• 类 是一个模板，模板中包装了多个“函数”供使用

• 对象，根据模板创建的实例（即：对象），实例用于调用被包装在类中的函数

• 面向对象三大特性：封装、继承和多态

py2 经典类：深度优先，新式类：广度优先

py3 经典类，新式类  => 统一广度优先

问答专区

问题一：什么样的代码才是面向对象？

答：从简单来说，如果程序中的所有功能都是用 类 和 对象 来实现，那么就是面向对象编程了。

问题二：函数式编程 和 面向对象 如何选择？分别在什么情况下使用？

答：须知：对于 C# 和 Java 程序员来说不存在这个问题，因为该两门语言只支持面向对象编程（不支持函数式编程）。而对于 Python 和 PHP 等语言却同时支持两种编程方式，且函数式编程能完成的操作，面向对象都可以实现；而面向对象的能完成的操作，函数式编程不行（函数式编程无法实现面向对象的封装功能）。

所以，一般在Python开发中，全部使用面向对象 或 面向对象和函数式混合使用

面向对象的应用场景:

1.多函数需使用共同的值，如：数据库的增、删、改、查操作都需要连接数据库字符串、主机名、用户名和密

class SqlHelper:

    def __init__(self, host, user, pwd):

        self.host = host
        self.user = user
        self.pwd = pwd

    def 增(self):
        # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def 删(self):
        # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def 改(self):
        # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def 查(self):
    # 使用主机名、用户名、密码（self.host 、self.user 、self.pwd）打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接# do something

2.需要创建多个事物，每个事物属性个数相同，但是值的需求

如：张三、李四、杨五，他们都有姓名、年龄、血型，但其都是不相同。即：属性个数相同，但值不相同

class Person:

    def __init__(self, name ,age ,blood_type):

        self.name = name
        self.age = age
        self.blood_type = blood_type


    def detail(self):
        temp = "i am %s, age %s , blood type %s " % (self.name, self.age, self.blood_type)
        print temp

zhangsan = Person('张三', 18, 'A')
lisi = Person('李四', 73, 'AB')
yangwu = Person('杨五', 84, 'A')

问题三：类和对象在内存中是如何保存？

答：类以及类中的方法在内存中只有一份，而根据类创建的每一个对象都在内存中需要存一份，大致如下图：

如上图所示，根据类创建对象时，对象中除了封装 name 和 age 的值之外，还会保存一个类对象指针，该值指向当前对象的类。

当通过 obj1 执行 【方法一】 时，过程如下：

1. 根据当前对象中的 类对象指针 找到类中的方法

2. 将对象 obj1 当作参数传给 方法的第一个参数 self 

 

多继承易错点:

class A:
    def bar(self):
        print('BAR')
        self.f1()

class B(A):
    def f1(self):
        print('B')

class C:
    def f1(self):
        print('C')

class D(C,B):
    pass


d1 = D()
d1.bar()

# Bar
# C

上述代码,执行过程:现在class D中寻找bar()方法,没有 -> 去父类class C中查找,还是没有 -> 再到class B -> class A 中找到bar()方法.并执行,

此时代码中的 self.f1() 中的self 代表为d1 -> 又重头开始在 class D中寻找 f1()方法 ...

需要注意: self 执行者,  在我们查看源码过程中, 遇到self.xxxx() 应该从头开始查找!

2.子类 想执行 父类构造方法

super(当前类,self).__init__()

实例:方法一(推荐)

class Annimal:
    def __init__(self):
        self.ty = 'annimal'

class Cat(Annimal):
    def __init__(self):
        self.n = 'cat'
        super(Cat,self).__init__()      # 新式类写法
        Annimal.__init__(self)          # 经典类写法

c = Cat() print(c.__dict__) # {'n': 'cat', 'ty': 'annimal'}    

方法二:(不推荐)

class Annimal:
    def __init__(self):
        self.ty = 'annimal'

class Cat(Annimal):
    def __init__(self):
        self.n = 'cat'
        Annimal.__init__(self)

    def sleep(self):
        Annimal.sleep(self)         # 传递参数self
        print('Cat Sleep')

c = Cat()
print(c.__dict__)

 

Super原理

　　super工作原理如下：

def super(cls, inst):
    mro = inst.__class__.mro()
    return mro[mro.index(cls) + 1]

　　其中，cls 代表类，inst 代表实例

• 获取 inst 的 MRO 列表

• 查找 cls 在当前 MRO 列表中的 index, 并返回它的下一个类，即 mro[index + 1]

 

　　MRO列表原理：

　　列表的顺序通过一个 C3 线性化算法来实现

　　一个类的 MRO 列表就是合并所有父类的 MRO 列表，并遵循以下三条原则：

• 子类永远在父类前面

• 如果有多个父类，会根据它们在列表中的顺序被检查

• 如果对下一个类存在两个合法的选择，选择第一个父类

 

总结：

• 事实上，super 和父类没有实质性的关联。

• super(cls, inst) 获得的是 cls 在 inst 的 MRO 列表中的下一个类。