Python面向对象初识

一、对象的概念

“面向对象”的核心是“对象”二字，而对象的精髓在于“整合”，什么意思？

所有的程序都是由“数据”与“功能”组成，因而编写程序的本质就是定义出一系列的数据，然后定义出一系列的功能来对数据进行操作。

在学习“对象”之前，程序中的数据与功能都是分离开的，如下：

数据：name、age、sex：

name = 'lili'
age = 18
sex = 'female'

功能：tell_info：

def tell_info(name, age, sex): 
    print('<%s:%s:%s>' %(name, age, sex))

此时若想执行查看个人信息的功能，需要同时拿来两样东西，一类是功能tell_info，另外一类则是多个数据name、age、sex，然后才能执行，非常麻烦：

tell_info(name, age, sex)

在学习了“对象”之后，我们就有了一个容器，该容器可以盛放数据与功能，所以我们说：对象是把数据与功能整合到一起的产物，或者说“对象”就是一个盛放数据与功能的容器/箱子/盒子。

如果把“数据”比喻为“睫毛膏”、“眼影”、“唇彩”等化妆所需要的原材料；把“功能”比喻为眼线笔、眉笔等化妆所需要的工具，那么“对象”就是一个彩妆盒，彩妆盒可以把“原材料”与“工具”都装到一起：

如果我们把“化妆”比喻为要执行的业务逻辑，此时只需要拿来一样东西即可，那就是彩妆盒，因为彩妆盒里整合了化妆所需的所有原材料与功能，这比起你分别拿来原材料与功能才能执行的方式，要方便得多。

在了解了对象的基本概念之后，理解面向对象的编程方式就相对简单很多了，面向对象编程就是要造出一个个的对象，把原本分散开的相关数据与功能整合到一个个的对象里，这么做既方便使用，也可以提高程序的解耦合程度，进而提升了程序的可扩展性。

需要强调的是，软件质量属性包含很多方面，面向对象解决的仅仅只是扩展性问题。

二、类与对象

类即类别/种类，是面向对象分析和设计的基石，如果多个对象有相似的数据与功能，那么该多个对象就属于同一种类。

有了类的好处是：我们可以把同一类对象相同的数据与功能存放到类里，而无需每个对象都重复存一份，这样每个对象里只需存自己独有的数据即可，极大地节省了空间。

所以，如果说对象是用来存放数据与功能的容器，那么类则是用来存放多个对象相同的数据与功能的容器。

综上所述，虽然我们是先介绍对象后介绍类，但是需要强调的是：在程序中，必须要事先定义类，然后再调用类产生对象（调用类拿到的返回值就是对象）。

产生对象的类与对象之间存在关联，这种关联指的是：对象可以访问到类中共有的数据与功能，所以类中的内容仍然是属于对象的，类只不过是一种节省空间、减少代码冗余的机制，面向对象编程最终的核心仍然是去使用对象。

在了解了类与对象这两大核心概念后，接下来就可以介绍一下面向对象编程啦~

三、面向对象编程

3.1 类的定义与实例化

我们以开发一个清华大学的选课系统为例，来简单介绍基于面向对象的思想如何编写程序：

面向对象的基本思路就是把程序中要用到的、相关联的数据与功能整合到对象里，然后去使用，但程序中要用到的数据以及功能那么多，如何找到相关联的呢？

我需要先提取选课系统里的角色：学生、老师、课程等；然后显而易见的是：学生有学生相关的数据与功能，老师有老师相关的数据与功能，我们单以学生为例：

学生的数据有：

学校
名字
年龄
性别

学生的功能有：

选课

详细的如下：

• 学生1：

  数据:
      学校 = 清华大学
      姓名 = 李建刚
      性别 = 男
      年龄 = 28
  功能：
      选课
  

• 学生2：

  数据:
      学校 = 清华大学
      姓名 = 王大力
      性别 = 女
      年龄 = 18
  功能：
      选课
  

• 学生3：

  数据:
      学校 = 清华大学
      姓名 = 牛嗷嗷
      性别 = 男
      年龄 = 38
  功能：
      选课
  

由此我们可以总结出一个学生类，用来存放学生们相同的数据与功能：

# 学生类
    相同的特征:
        学校 = 清华大学
    相同的功能：
        选课

基于上述分析的结果，我们接下来需要做的是在程序中定义出类，然后调用类产生对象：

class Student: 
    
    school = '清华大学'  # 数据
 
    def choose(self):  # 功能
        print('%s is choosing a course' % self.name)

类的命名应该使用“驼峰体”，即每个单词首字母大写的形式。

类体最常见的是变量的定义和函数的定义，但其实类体可以包含任意Python代码，类体的代码在类定义阶段就会执行，因而会产生新的名称空间用来存放类中定义的名字，可以打印Student.__dict__来查看类这个容器内盛放的东西：

>>> print(Student.__dict__)
{..., 'school': '清华大学', 'choose': <function Student.choose at 0x1018a2950>, ...}

调用类的过程称为将类实例化，拿到的返回值就是程序中的对象，或称为一个实例：

stu1 = Student()  # 每实例化一次Student类就得到一个学生对象
stu2 = Student()
stu3 = Student()

如此stu1、stu2、stu3全都一样了（只有类中共有的内容，而没有各自独有的数据），如果想在实例化的过程中为三位学生定制各自独有的数据：姓名，年龄，性别，就需要我们在类内部新增一个__init__方法,如下：

class Student:
    school = '清华大学'

    """__init__方法会在对象产生之后自动执行，专门为对象进行初始化操作，可以有任意代码，但一定不能返回非None的值"""
    def __init__(self, name, sex, age):
        self.name = name
        self.sex = sex
        self.age = age

    def choose(self):  
        print('%s is choosing a course' % self.name)

然后我们重新实例化出三位学生：

stu1 = Student('李建刚', '男', 28)
stu2 = Student('王大力', '女', 18)
stu3 = Student('牛嗷嗷', '男', 38)

单拿stu1的产生过程来分析，调用类首先会产生一个空对象stu1，然后将stu1连同调用类时括号内的参数一起传给类里的__init__方法，相当于调用Student._init_(stu1,‘李建刚’,‘男’, 28）：

def __init__(self, name, sex, age):
    self.name = name  # stu1.name = '李建刚'
    self.sex = sex    # stu1.sex = '男'
    self.age = age    # stu1.age = 28

此时会产生该对象的名称空间，同样可以用__dict__查看：

>>> stu1.__dict__
{'name': '李建刚', 'sex': '男', 'age': 28}

至此，我们造出了三个对象与一个类，每个对象存放各自独有的数据，类中存放对象们共有的内容：

存的目的是为了用，那么如何访问对象或者类中存放的内容呢？

3.2 属性访问

3.2.1 类属性与对象属性

在类中定义的名字，都是类的属性，细说的话，类有两种属性：数据属性和函数属性，可以通过__dict__访问属性的值，比如Student._dict_[‘school’]，但Python提供了专门的属性访问语法：

>>> Student.school  # 访问数据属性，等同于Student.__dict__['school']
'清华大学'
>>> Student.choose  # 访问函数属性，等同于Student.__dict__['choose']
<function Student.choose at 0x1018a2950>
"""除了查看属性外，我们还可以使用Student.attrib = value(修改或新增属性),用del Student.attrib删除属性。"""

操作对象的属性也是一样：

>>> stu1.name  # 查看，等同于stu1.__dict__[‘name']
'李建刚'
>>> stu1.course = ’python’  # 新增，等同于stu1.__dict__[‘course'] = 'python'
>>> stu1.age = 38  # 修改，等同于stu1.__dict__[‘age'] = 38
>>> del obj1.course  # 删除，等同于del stu1.__dict__['course']

3.2.2 属性查找顺序与绑定方法

对象的名称空间里只存放着该对象独有的属性，而对象们相似的属性是存放于类中的。对象在访问属性时，会优先从对象本身的__dict__中查找，如未找到，则去类的__dict__中查找：

类中定义的变量是类的数据属性，是共享给所有对象用的，指向相同的内存地址：

# id都一样
print(id(Student.school))  # 4301108704
 
print(id(stu1.school))  # 4301108704
print(id(stu2.school))  # 4301108704
print(id(stu3.school))  # 4301108704

类中定义的函数是类的函数属性，类可以使用，但必须遵循函数的参数规则，有几个参数调用时就需要传几个参数：

Student.choose(stu1)  # 李建刚 is choosing a course
Student.choose(stu2)  # 王大力 is choosing a course
Student.choose(stu3)  # 牛嗷嗷 is choosing a course

但其实类中定义的函数主要是给对象使用的，而且是绑定给对象的，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，内存地址各不相同：

print(id(Student.choose))  # 4335426280
 
print(id(stu1.choose))  # 4300433608
print(id(stu2.choose))  # 4300433608
print(id(stu3.choose))  # 4300433608

绑定到对象的方法特殊之处在于，绑定给谁就应该由谁来调用，谁来调用，就会将“谁”本身当做第一个参数自动传入（方法__init__也是一样的道理）：

stu1.choose()  # 等同于Student.choose(stu1)
stu2.choose()  # 等同于Student.choose(stu2)
stu3.choose()  # 等同于Student.choose(stu3)

绑定到不同对象的choose技能，虽然都是选课，但李建刚选的课，不会选给王大力，这正是”绑定“二字的精髓所在。

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，但命名为self是约定俗成的。

Python中一切皆对象，且Python3中类与类型是一个概念，因而绑定方法我们早就接触过：

类型list就是类：

>>> list
<class 'list'>

实例化的3个对象lis1，lis2，lis3：

>>> lis1 = list([1, 2, 3])
>>> lis2 = list(['a', 'b', 'c'])
>>> lis3 = list(['x', 'y'])

三个对象都有绑定方法append，是相同的功能，但内存地址不同：

>>> lis1.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b48>
>>> lis2.append
<built-in method append of list object at 0x10b482b88>
>>> lis3.append
<built-in method append of list object at 0x10b482bc8>

操作绑定方法lis1.append(4)，就是在往lis1添加4，绝对不会将4添加到lis2或lis3：

>>> lis1.append(4)  # 等同于list.append(lis1, 4)
>>> lis1
[1, 2, 3, 4]
>>> lis2
['a', 'b', 'c']
>>> lis3
['x', 'y']

3.2.3 小结

在上述介绍类与对象的使用过程中，我们更多的是站在底层原理的角度去介绍类与对象之间的关联关系，如果只是站在使用的角度，我们无需考虑语法“对象.属性"中”属性“到底源自于哪里，只需要知道是通过对象获取到的就可以了，所以说，对象是一个高度整合的产物，有了对象，我们只需要使用”对象.xxx“的语法就可以得到跟这个对象相关的所有数据与功能，十分方便且解耦合程度极高。