17. 面向对象的特征

一、面向对象的三大特征

  面向对象的三大特征指的是 封装、继承、多态。

  封装（encapsulation，有时称为数据隐藏）是处理对象的一个重要概念。从形式上看，封装就是将数据和行为组合在一个包中，并对对象的使用者隐藏具体的实现方式。

  继承（inheritance）的基本思想是，可以基于已有的类创建新类。继承以存在的类就是复用（继承）这些类的方法，而且可以增加一些新的属性和方法，使新类能够适应新的情况。

  多态（polynirphic）就是一个类的多种形态。

二、封装性

2.1、什么是封装性

  所谓的封装，就是把客观事物封装成抽象概念的类，并且类可以把自己的数据和方法只向可信的类或对象开放，向没必要开放的类或对象异常信息。封装性就是隐藏内部对象的复杂性，只对外公开简单的接口。便于外部调用，从而提高系统的可扩展性、可维护性。通俗的来说，把该隐藏的隐藏起来，该暴露的暴露出来。

  当我们创建一个类时，我们可以通过“对象.属性”的方式，对对象的属性进行赋值。此时，赋值操作要受到属性的数据类型和存储范围的制约。除此之外，没有其它制约条件。但是，在实际问题中，我们往往需要给属性赋值加入额外的限制条件。这个条件就不能在属性声明时体现，只能通过方法进行限制条件的添加。同时，我们需要避免用户在使用“对象.属性”的方式对属性进行赋值，则需要将属性声明为私有的（private）。此时，针对于属性就体现了封装性。

  使用封装后，确实增加了类的定义的复杂程度，但是它也确保了数据的安全性。我们隐藏了属性名，使调用者无法任意修改对象中的属性。并且我们增加了 getter() 和 setter() 方法，可以很好的控制属性是否为只读的。如果希望属性是只读的，则可以直接去掉 setter() 方法，如果希望属性不能被外部访问，则可以直接去掉 getter() 方法。而且在使用 setter() 方法设置属性时，可以增加数据的验证，确保数据的值是正确的。在使用 getter() 方法获取属性，使用 setter() 方法设置属性时，可以在读取属性和修改属性的同时做一些其它的处理。

2.2、封装性的体现

  我们将类的属性（xxx）隐藏，同时，提供的公共的方法类获取（getter()）和设置（setter(self)）此属性的值。在 Python 中，我们可以为对象的属性使用双下划线开头 __xxx，双下划线开头的属性，是对象的隐藏属性，隐藏属性值只能在类的内部访问，无法通过对象访问。

class Person:
    def __init__(self,name,age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    def get_name(self):
        return self.__name
  
    def set_name(self,name):
        self.__name = name

    def get_age(self):
        return self.__age
  
    def set_age(self,age):
        if age >= 0:
            self.__age = age

    def __show_info(self):
        print(f"name: {self.__name}, age: {self.__age}")

  如果我们直接访问类中的隐藏属性，会报以下错误：

p1 = Person("Sakura",10)
print(p1.__name)

AttributeError: 'Person' object has no attribute '__name'

  此时，我们可以通过公共的 getter() 方法和 setter() 方法调用类的私有属性：

p1 = Person("Sakura",10)
print("name: ", p1.get_name() , ", age: ", p1.get_age())

p1.set_age(12)
print("name: ", p1.get_name() , ", age: ", p1.get_age())

p1.set_age(-10)
print("name: ", p1.get_name() , ", age: ", p1.get_age())

  其实，隐藏属性是假隐藏，只不过是 Python 自动为属性改了一个名字。实际上，Python 将名字修改为 _类型__属性名。

p1 = Person("Sakura",10)
p1._Person__age = 12
print(p1._Person__age)
p1._Person__show_info()

使用双下划线开头的属性，实际上依然可以在外部访问。在开发中，我们可以将一些私有属性以下划线开头（实际上是公开的属性），告诉开发人员没有特殊需要不要修改私有属性。

2.3、property装饰器

  property 装饰器，用来将一个 getter() 方法，转换为对象的属性，添加了 property 装饰器以后，我们就可以向调用属性一样使用 getter() 方法。使用 property 装饰的方法必须和属性名是一样的。setter() 方法的装饰器为：@属性名.setter；

class Person:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        print("get_name(self)方法执行了")
        return self.__name
  
    @name.setter
    def name(self,name):
        print("set_name(self,name)方法执行了")
        self.__name = name
  
    @name.deleter
    def name(self):
        print("del_name(self,name)方法执行了")

p = Person("Sakura")
print(p.name,end="\n\n")

p.name = "Mikoto"
print(p.name,end="\n\n")

del p.name

  在一些较老版本的 Python 解释器中，我们可以通过如下的方法实现。

class Person:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        print("get_name(self)方法执行了")
        return self.__name
  
    def set_name(self,name):
        print("set_name(self,name)方法执行了")
        self.__name = name
  
    def del_name(self):
        print("del_name(self,name)方法执行了")

    name = property(get_name, set_name, del_name)

p = Person("Sakura")
print(p.name,end="\n\n")

p.name = "Mikoto"
print(p.name,end="\n\n")

del p.name

三、继承性

3.1、什么是继承性

  继承，其基本思想就是基于某个父类的扩展，制定出一个新的子类，子类可以继承父类原有的属性和方法，也可以增加原来父类所不具备的属性和方法，或者直接重写父类中的某些方法。

  通过继承可以直接让子类获取父类的方法和属性，避免编写重复性的代码，并且也符合 OCP 原则。所以，我们经常需要通过继承来对一个类进行扩展。

3.2、继承性的应用

  使用继承后，我们可以减少代码的冗余，提高了代码的复用性，并且使用继承后，便于功能的拓展。继承的出现让类与类之间产生了 is-a 的关系。

  在 Python 中，继承性的格式如下：

class A(父类):
    pass

  其中，A 类代表 子类（派生类、subclass），B 类代表 父类（基类、superclass）。一旦 子类 A 继承 父类 B 之后，子类 A 中就获取 父类 B 中声明的所有的结构：属性、方法（包括特殊方法）；子类继承父类以后，还可以声明自己特有的属性和方法，实现功能的拓展；

class Animal:
    def run(self):
        print("动物在跑")

    def sleep(self):
        print("动物在睡觉")

class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print("汪汪汪")

dog = Dog()

dog.run()
dog.sleep()
dog.bark()
print()

# isinstance()检查一个对象是否是一个类的实例
# 如果这个类是这个对象的父类，也会返回true
print(isinstance(dog,Dog))
print(isinstance(dog,Animal))
print()

# issubclass()检查一个类是或否是另一个类的子类
print(issubclass(Dog,Animal))

如果在创建类时，省略了父类，则默认父类为 object，它是所有类的父类，所有类都继承 object；

3.3、方法重写

  如果在子类中有和父类同名的方法，则通过子类实例调用方法时，会调用子类的方法而不是父类的方法，这个特点我们成为 方法重写（覆盖，override）。

  当我们调用一个对象的方法时，它会优先去当前对象中寻找是否具有该方法，如果有则直接调用，如果没有则取当前对象的父类中寻找，如果父类中有则直接调用父类中的方法，如果没有则取父类中的父类中寻找，以此类推，直到找到 object，如果依然没有找到则报错。

class Animal:
    def run(self):
        print("动物在跑")

    def sleep(self):
        print("动物在睡觉")

class Dog(Animal):
    def run(self):
        print("狗在跑")

    def bark(self):
        print("汪汪汪")

dog = Dog()

dog.run()
dog.sleep()
dog.bark()

3.4、super()方法的使用

  父类中所有结构：属性 和 方法（包括特殊方法）都会被子类继承。如果我们希望直接调用父类中的结构，我们可以使用 super() 方法获取当前类的父类，并且通过 super() 调用父类方法时，不需要传递 self。

class Animal:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        return self.__name
  
    @name.setter
    def name(self,name):
        self.__name = name

class Dog(Animal):
    def __init__(self,name,age):
        # 直接调用父类中的__init__(self)来初始化父类中定义的属性
        super().__init__(name)
        self.__age = age

    @property
    def age(self):
        return self.__age
  
    @age.setter
    def age(self,age):
        self.__age = age

dog = Dog("旺财",3)
print("name: ", dog.name, ", age: ", dog.age)

3.5、多重继承

  在 Python 中是支持多重继承的，也就是我们可以为一个类同时指定多个父类。我们可以在类名的 () 后面添加多个类，来实现多重继承。多重继承会使子类同时拥有多个父类，并且或获取所有父类中的方法。如果多个父类中有同名的方法，则会先在第一个父类中寻找，然后找第二个，然后找第三个，...，前面父类的方法会覆盖后面父类的方法。

class A:
    def test(self):
        print("AAA")

class B:
    def test(self):
        print("BBB")

class C(A,B):
    pass

# 类名.__bases__这个属性可以获取当前类的所有父类
print(C.__bases__)
# 我们可以通过类.mro()查看属性的查找顺序
print(C.mro())

c = C()
c.test()

super() 在调用父类的时候，它需要计算出当前到底调用哪个父类，在 Python 中实现这个功能的算法叫 C3 算法；

  在 Python 中子类可以同时继承多个父类的属性，这样可以最大限度地重用代码，但是使用多继承会导致扩展性变差，并且有可能会导致棱形问题（钻石问题）。棱形问题（钻石问题）指的是一个子类继承的多个父类汇集到一个非 object 类的身上。

class A:
    def test(self):
        print("from A")

class B(A):
    def test(self):
        print("from B")

class C(A):
    def test(self):
        print("from C")

class D(B):
    def test(self):
        print("from D")

class E(C):
    def test(self):
        print("from E")

class F(A):
    def test(self):
        print("from F")

class G(D,E,F):
    pass

# 类名.__bases__这个属性可以获取当前类的所有父类
print(G.__bases__)
# 我们可以通过类.mro()查看属性的查找顺序
print(G.mro())
obj = G()
obj.test()

  如果真的涉及到一个子类不可避免使用多个父类的属性，应该使用 Mixins 机制。Mixin 类表示某一功能，而不是某个物品，Python 对于Mixin 类的命名方式一般以 Mixin，able，ible 为后缀。我们可以将相关的功能放在一个 Mixin 类中，如果有多个不同功能，那可以写多个 Mixin 类，一个类可以继承多个 Mixin 类，但应该只继承一个表示其归属含义的父类，以确保遵循继承的 "is-a" 原则。Mixin 类不应该依赖于子类的实现，子类即便没有继承这个 Mixin 类，也可以照常工作，只是缺少了某个功能而已。

class Vehicle:
    pass

class FlyerMixin:
    def fly(self):
        pass

class CivilAircraft(FlyerMixin,Vehicle):
    pass

class Helicopter(FlyerMixin,Vehicle):
    pass

class Car(Vehicle):
    pass

四、多态性

  多态性指的是一个事物的多种形态；同样的行为（函数），传入不同的对象，得到不同的状态；多态性指的是可以在不考虑对象具体类型的情况下而直接使用对象。

  它的格式如下：

class A:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        return self.__name
  
    @name.setter
    def name(self,name):
        self.__name = name
  
class B:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        return self.__name
  
    @name.setter
    def name(self,name):
        self.__name = name

a = A("Sakura")
b = B("Mikoto")

# 对于say_hello()这个函数来说，只要对象中含有name属性，它就可以作为参数传递
# 这个函数并不会考虑对象的类型，只要有name属性即可
def say_hello(obj):
    print("你好，%s" %obj.name)

say_hello(a)
say_hello(b)

import abc

# 使用模块abc统一所有子类的标准
class Animal(metaclass=abc.ABCMeta):

    @abc.abstractmethod
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("汪汪汪！")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵喵！")

def make_noise(animal):
    animal.speak()

#animal = Animal()       # 不能实例化抽象类自己

dog = Dog()
cat = Cat()

make_noise(dog)
make_noise(cat)

看上去调用相同的方法，但实际上需要这个看这个对象是父类还是子类创建的对象，如果是父类创建的对象，一定调用父类中定义的方法，如果是子类创建的对象，那么就要看子类是否重写了父类的方法，如果子类要是重写了父类的方法，那么会调用子类的方法，如果子类没有重写父类方法，那么会调用父类的方法。