python学习笔记(六)————面向对象高级编程
一、使用__slot__
正常情况下,当我们定义了一个class,创建了一个class的实例后,我们可以给该 实例 绑定 任何属性和方法,这就是动态语言的灵活性。先定义class:
name 'Object' is not defined,定义在内部的object写的一定要是小写
class Student(object):
pass
s=Student()
# 1.给实例绑定属性
s.name='mike'
print(s.name)
# 2.给实例绑定方法,给某一个实例绑定方法,对于下一个实例是不起作用的
#定义一个函数作为实例方法
def set_age(self,age):
self.age=age
from types import MethodType
#给实例绑定一个方法,给s实例绑定上set_age的方法
s.set_age=MethodType(set_age,s)
#调用实例方法
s.set_age(25)
#测试结果
print(s.age)
s2=Student()
# s2.set_age(26)
# print(s2.age)
#此处会报错:AttributeError: 'Student' object has no attribute 'set_age'
# 3.给类绑定方法
def set_score(self, score):
self.score = score
Student.set_score=set_score
#类绑定方法之后所有的实例都可以使用
s.set_score(100)
s2.set_score(99)
print(s.score,s2.score)
通常情况下,上面的set_score
方法可以直接定义在class中,但动态绑定允许我们在程序运行的过程中动态给class加上功能,这在静态语言中很难实现。
使用__slots__ 限制实例绑定的属性或方法
只允许绑定__slots__中定义的属性或方法
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | class Student( object ): __slots__ = ( 'name' , 'age' ) # 用tuple定义允许绑定的属性名称 s = Student() s.name = 'Mike' s.age = 25 s.score = 99 #出现报错:AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score' #由于'score'没有被放到__slots__中,所以不能绑定score属性,试图绑定score将得到AttributeError的错误。 class GraduateStudent(Student): pass g = GraduateStudent() g.score = 9999 print (g.score) #出现报错:AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score' #使用__slots__要注意,__slots__定义的属性仅对当前类实例起作用,对继承的子类是不起作用的: |
二、使用@property
在绑定属性时,如果我们直接把属性暴露出去,虽然写起来很简单,但是,没办法检查参数,导致可以把成绩随便改,不能在某个范围内修改:
有没有既能检查参数,又可以用类似属性这样简单的方式来访问类的变量呢?
还记得装饰器(decorator)可以给函数动态加上功能吗?对于类的方法,装饰器一样起作用。Python内置的@property
装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 | # @property广泛应用在类的定义中,可以让调用者写出简短的代码,同时保证对参数进行必要的检查, # 这样,程序运行时就减少了出错的可能性。 # @property给一个Screen对象加上width和height属性,以及一个只读属性resolution # RecursionError: maximum recursion depth exceeded。一般会在对象属性名前加一个下划线 `_` 避免重名,并且表明这是一个受保护的属性#@property的实现比较复杂,我们先考察如何使用。#把一个getter方法变成属性,只需要加上@property就可以了,此时,@property本身又创建了另一个 装饰器@score.setter,负责把一个setter方法变成属性赋值,于是,我们就拥有一个可控的属性操作:#只要当前的 property 修饰过的属性方法 都可以被直接使用 class Screen( object ): def _set_value( self , value): if not isinstance (value, int ): raise ValueError() if value < 0 : raise ValueError() return value @property def width( self ): return self ._width @property def height( self ): return self ._height @width .setter def width( self , value): self ._width = self ._set_value(value) @height .setter def height( self , value): self ._height = self ._set_value(value) @property def resolution( self ): return self ._width * self ._height s = Screen() s.width = 1024 s.height = 768 print ( 'resolution =' , s.resolution) if s.resolution = = 786432 : print ( '测试通过!' ) else : print ( '测试失败!' ) |
三、多重继承 和 MixIn
由于Python允许使用多重继承,因此,MixIn就是一种常见的设计.Mixln是多重继承中的一种,class都带有MIXIN增加代码可读性,能更好理解当前的类具备多重继承
只允许单一继承的语言(如Java)不能使用MixIn的设计。
继承是面向对象编程的一个重要的方式,因为通过继承,子类就可以扩展父类的功能。
回忆一下Animal
类层次的设计,假设我们要实现以下4种动物:
- Dog - 狗狗;
- Bat - 蝙蝠;
- Parrot - 鹦鹉;
- Ostrich - 鸵鸟。
如果按照哺乳动物和鸟类归类,我们可以设计出一种类的分类层次:
但是如果按照“能跑”和“能飞”来归类,我们就应该设计出一种类的分类层次:
如果要把上面的两种分类都包含进来,我们就得设计更多的层次:
- 哺乳类:能跑的哺乳类,能飞的哺乳类;
- 鸟类:能跑的鸟类,能飞的鸟类。
这么一来,类的层次就复杂了:
如果要再增加“宠物类”和“非宠物类”,这么搞下去,类的数量会呈指数增长,很明显这样设计是不行的。
正确的做法是采用多重继承。首先,主要的类层次仍按照哺乳类和鸟类设计:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 | class Animal( object ): pass # 大类: class Mammal(Animal): pass class Bird(Animal): pass # 各种动物: class Dog(Mammal): pass class Bat(Mammal): pass class Parrot(Bird): pass class Ostrich(Bird): pass #各种方法 class Runnable( object ): def run( self ): print ( 'Running...' ) class Flyable( object ): def fly( self ): print ( 'Flying...' ) #对于需要Runnable功能的动物,就多继承一个Runnable,例如Dog class Dog(Mammal, Runnable): pass #对于需要Flyable功能的动物,就多继承一个Flyable,例如Bat class Bat(Mammal, Flyable): pass # 在设计类的继承关系时,通常,主线都是单一继承下来的, # 例如,Ostrich继承自Bird。但是,如果需要“混入”额外的功能,通过多重继承就可以实现, # 比如,让Ostrich除了继承自Bird外,再同时继承Runnable。这种设计通常称之为MixIn。 #为了更好地看出继承关系,我们把Runnable和Flyable改为RunnableMixIn和FlyableMixIn。 #类似的,你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixIn和植食动物HerbivoresMixIn,让某个动物同时拥有好几个MixIn: class Dog(Mammal, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn): pass #MixIn的目的就是给一个类增加多个功能,这样,在设计类的时候,我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能,而不是设计多层次的复杂的继承关系。 # Python自带的很多库也使用了MixIn。举个例子,Python自带了TCPServer和UDPServer这两类网络服务,而要 # 同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型,这两种模型由ForkingMixIn和ThreadingMixIn提供。通过组合,我们就可以创造出合适的服务来。 # 比如,编写一个多进程模式的TCP服务,定义如下: class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn): pass # 比如,编写一个多进程模式的UDP服务,定义如下: class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn): pass |
四、定制类
看到类似__slots__
这种形如__xxx__
的变量或者函数名就要注意,这些在Python中是有特殊用途的。
__slots__
我们已经知道怎么用了,__len__()
方法我们也知道是为了能让class作用于len()
函数。
除此之外,Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数,可以帮助我们定制类。
__iter__
如果一个类想被用于for ... in
循环,类似list或tuple那样,就必须实现一个__iter__()
方法,该方法返回一个迭代对象,然后,Python的for循环就会不断调用该迭代对象的__next__()
方法拿到循环的下一个值,直到遇到StopIteration
错误时退出循环。
我们以斐波那契数列为例,写一个Fib类,可以作用于for循环:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | class Fib( object ): def __init__( self ): self .a, self .b = 0 , 1 # 初始化两个计数器a,b def __iter__( self ): return self # 实例本身就是迭代对象,故返回自己 def __next__( self ): self .a, self .b = self .b, self .a + self .b # 计算下一个值 if self .a > 100000 : # 退出循环的条件 raise StopIteration() return self .a # 返回下一个值 |
测试
1 2 | for n in Fib(): ... print (n) |
__getitem__
Fib实例虽然能作用于for循环,看起来和list有点像,但是,把它当成list来使用还是不行,比如,取第5个元素:
1 2 3 4 | Fib()[ 5 ] Traceback (most recent call last): File "<stdin>" , line 1 , in <module> TypeError: 'Fib' object does not support indexing |
要表现得像list那样按照下标取出元素,需要实现__getitem__()
方法:
1 2 3 4 5 6 | class Fib( object ): def __getitem__( self , n): a, b = 1 , 1 for x in range (n): a, b = b, a + b return a |
测试
1 2 | f = Fib() f[ 0 ]<br>f[ 1 ]<br>f[ 2 ] |
更多的定制类的使用可以查看官方文档:
https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#special-method-names
四、枚举类
当我们需要定义常量时,一个办法是用大写变量通过整数来定义,例如月份:
新类名 = Enum(变量统称名,(变量1,变量2....))
1 2 3 4 5 6 | JAN = 1 FEB = 2 MAR = 3 ... NOV = 11 DEC = 12 |
好处是简单,缺点是类型是int
,并且仍然是变量。
更好的方法是为这样的枚举类型定义一个class类型,然后,每个常量都是class的一个唯一实例。Python提供了 Enum
类 来实现这个功能
from enum import Enum Month = Enum('month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec')) for name, member in Month.__members__.items(): print(name, '=>', member, ',', member.value)
这样我们就获得了Month
类型的枚举类,可以直接使用Month.Jan
来引用一个常量,或者枚举它的所有成员:
运行结果:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | Jan = > month.Jan , 1 Feb = > month.Feb , 2 Mar = > month.Mar , 3 Apr = > month.Apr , 4 May = > month.May , 5 Jun = > month.Jun , 6 Jul = > month.Jul , 7 Aug = > month.Aug , 8 Sep = > month.Sep , 9 Oct = > month. Oct , 10 Nov = > month.Nov , 11 Dec = > month.Dec , 12 |
出现问题
1 | ModuleNotFoundError: No module named 'Enum' |
解决方法
1 | enum下载地址:https: / / pypi.python.org / pypi / enum34 #downloads |
根据当前的python版本选择要下载的类型
也可以直接pip安装当前的包
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | G:\ 1.python \Zproject>pip install Enum34 Collecting Enum34 Downloading enum34 - 1.1 . 10 - py3 - none - any .whl ( 11 kB) Installing collected packages: Enum34 Successfully installed Enum34 - 1.1 . 10 G:\ 1.python \Zproject>pip install G:\ 1.python \enum34 - 1.1 . 10 - py3 - none - any .whl Processing g:\ 1.python \enum34 - 1.1 . 10 - py3 - none - any .whl enum34 is already installed with the same version as the provided wheel. Use - - force - reinstall to force an installation of the wheel. |
value
属性则是自动赋给成员的int
常量,默认从1
开始计数。
如果需要更精确地控制枚举类型,可以从Enum
派生出自定义类:
@unique
装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。
访问这些枚举类型可以有若干种方法,既可以用成员名称引用枚举常量,又可以直接根据value的值获得枚举常量
1、一般引用当前的枚举常量
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | from enum import Enum, unique @unique class Weekday(Enum): Sun = 0 # Sun的value被设定为0 Mon = 1 Tue = 2 Wed = 3 Thu = 4 Fri = 5 Sat = 6 for name, member in Weekday.__members__.items(): print (name, '=>' , member) #成员名称直接饮用枚举常量 day1 = Weekday.Mon print (day1) 打印内容:Weekday.Mon print (Weekday[ 'Tue' ]) 打印内容:Weekday.Tue #直接根据value的值获得枚举常量 print (Weekday( 1 )) 打印内容:Weekday.Mon print (Weekday.Tue.value) 打印内容: 2 |
2、当Class中有重复值时,会返回第一个,其他忽略
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | from enum import Enum class Weekday(Enum): monday = 1 tusday = 1 wensdday = 3 thursday = 9 friday = 5 #print (Weekday(1)) for n in Weekday: print (n) |
运行结果:
1 2 3 4 | Weekday.monday Weekday.wensdday Weekday.thursday Weekday.friday |
3、@unique 检查重复值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | from enum import Enum, @unique class Weekday(Enum): monday = 1 tusday = 1 wensdday = 3 thursday = 9 friday = 5 print (Weekday( 1 )) |
运行结果:
1 2 3 4 5 6 | Traceback (most recent call last): File "/usercode/file.py" , line 7 , in <module> class Weekday(Enum): File "/usr/lib/python3.4/enum.py" , line 524 , in unique (enumeration, alias_details)) ValueError: duplicate values found in <enum 'Weekday' >: tusday - > monday |
4、枚举比较:不能比大小!!能比同值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | from enum import Enum, unique #@unique class Weekday(Enum): monday = 1 tusday = 1 wensdday = 3 thursday = 9 friday = 5 print (Weekday.monday = = Weekday.wensdday) print (Weekday.tusday is Weekday.friday ) print (Weekday.tusday > Weekday.friday ) |
测试结果
1 2 3 4 5 6 7 | False False Traceback (most recent call last): File "/usercode/file.py" , line 16 , in <module> print (Weekday.tusday > Weekday.friday ) TypeError: unorderable types: Weekday() > Weekday() |
五、使用元类
type()
动态语言和静态语言最大的不同,就是函数和类的定义,不是编译时定义的,而是运行时动态创建的。
比方说我们要定义一个Hello
的class,就写一个hello.py
模块:
当Python解释器载入hello
模块时,就会依次执行该模块的所有语句,执行结果就是动态创建出一个Hello
的class对象,测试如下
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | class Hello( object ): def hello( self , name = 'world' ): print ( 'Hello, %s.' % name) # 要创建一个class对象,type()函数依次传入3个参数: # class的名称; # 继承的父类集合,注意Python支持多重继承,如果只有一个父类,别忘了tuple的单元素写法; # class的方法名称与函数绑定,这里我们把函数fn绑定到方法名hello上 print ( type (Hello)) # <class 'type'> h = Hello() print ( type (h)) #<class '__main__.Hello'> |
metaclass
除了使用type()
动态创建类以外,要控制类的创建行为,还可以使用metaclass。
metaclass,直译为元类,简单的解释就是:
当我们定义了类以后,就可以根据这个类创建出实例,所以:先定义类,然后创建实例。
但是如果我们想创建出类呢?那就必须根据metaclass创建出类,所以:先定义metaclass,然后创建类。
连接起来就是:先定义metaclass,就可以创建类,最后创建实例。
所以,metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说,你可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。
metaclass是Python面向对象里最难理解,也是最难使用的魔术代码。正常情况下,你不会碰到需要使用metaclass的情况,所以,以下内容看不懂也没关系,因为基本上你不会用到。
我们先看一个简单的例子,这个metaclass可以给我们自定义的MyList增加一个add
方法:
定义ListMetaclass
,按照默认习惯,metaclass的类名总是以Metaclass结尾,以便清楚地表示这是一个metaclass
1 2 3 4 5 | # metaclass是类的模板,所以必须从`type`类型派生: class ListMetaclass( type ): def __new__( cls , name, bases, attrs): attrs[ 'add' ] = lambda self , value: self .append(value) return type .__new__( cls , name, bases, attrs) |
有了ListMetaclass,我们在定义类的时候还要指示使用ListMetaclass来定制类,传入关键字参数metaclass
:
1 2 | class MyList( list , metaclass = ListMetaclass): pass |
当我们传入关键字参数metaclass
时,魔术就生效了,它指示Python解释器在创建MyList
时,要通过ListMetaclass.__new__()
来创建,在此,我们可以修改类的定义,比如,加上新的方法,然后,返回修改后的定义。
__new__()
方法接收到的参数依次是:
-
当前准备创建的类的对象;
-
类的名字;
-
类继承的父类集合;
-
类的方法集合。
测试一下MyList
是否可以调用add()
方法:
1 2 3 4 | L = MyList() L.add( 1 ) L 运行结果: [ 1 ] |
而普通的list
没有add()
方法:
1 2 3 4 5 6 | L2 = list () L2.add( 1 ) Traceback (most recent call last): File "<stdin>" , line 1 , in <module> AttributeError: 'list' object has no attribute 'add' |
动态修改有什么意义?直接在MyList
定义中写上add()
方法不是更简单吗?正常情况下,确实应该直接写,通过metaclass修改纯属变态。
但是,总会遇到需要通过metaclass修改类定义的。ORM就是一个典型的例子。
ORM全称“Object Relational Mapping”,即对象-关系映射,就是把关系数据库的一行映射为一个对象,也就是一个类对应一个表,这样,写代码更简单,不用直接操作SQL语句。
要编写一个ORM框架,所有的类都只能动态定义,因为只有使用者才能根据表的结构定义出对应的类来。
让我们来尝试编写一个ORM框架。
编写底层模块的第一步,就是先把调用接口写出来。比如,使用者如果使用这个ORM框架,想定义一个User
类来操作对应的数据库表User
,我们期待他写出这样的代码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | class User(Model): # 定义类的属性到列的映射: id = IntegerField( 'id' ) name = StringField( 'username' ) email = StringField( 'email' ) password = StringField( 'password' ) # 创建一个实例: u = User( id = 12345 , name = 'Michael' , email = 'test@orm.org' , password = 'my-pwd' ) # 保存到数据库: u.save() |
其中,父类Model
和属性类型StringField
、IntegerField
是由ORM框架提供的,剩下的魔术方法比如save()
全部由父类Model
自动完成。虽然metaclass的编写会比较复杂,但ORM的使用者用起来却异常简单。
现在,我们就按上面的接口来实现该ORM。
首先来定义Field
类,它负责保存数据库表的字段名和字段类型:
1 2 3 4 5 6 7 8 | class Field( object ): def __init__( self , name, column_type): self .name = name self .column_type = column_type def __str__( self ): return '<%s:%s>' % ( self .__class__.__name__, self .name) |
在Field
的基础上,进一步定义各种类型的Field
,比如StringField
,IntegerField
等等:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | class StringField(Field): def __init__( self , name): super (StringField, self ).__init__(name, 'varchar(100)' ) class IntegerField(Field): def __init__( self , name): super (IntegerField, self ).__init__(name, 'bigint' ) |
下一步,就是编写最复杂的ModelMetaclass
了:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | class ModelMetaclass( type ): def __new__( cls , name, bases, attrs): if name = = 'Model' : return type .__new__( cls , name, bases, attrs) print ( 'Found model: %s' % name) mappings = dict () for k, v in attrs.items(): if isinstance (v, Field): print ( 'Found mapping: %s ==> %s' % (k, v)) mappings[k] = v for k in mappings.keys(): attrs.pop(k) attrs[ '__mappings__' ] = mappings # 保存属性和列的映射关系 attrs[ '__table__' ] = name # 假设表名和类名一致 return type .__new__( cls , name, bases, attrs) |
以及基类Model
:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | class Model( dict , metaclass = ModelMetaclass): def __init__( self , * * kw): super (Model, self ).__init__( * * kw) def __getattr__( self , key): try : return self [key] except KeyError: raise AttributeError(r "'Model' object has no attribute '%s'" % key) def __setattr__( self , key, value): self [key] = value def save( self ): fields = [] params = [] args = [] for k, v in self .__mappings__.items(): fields.append(v.name) params.append( '?' ) args.append( getattr ( self , k, None )) sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % ( self .__table__, ',' .join(fields), ',' .join(params)) print ( 'SQL: %s' % sql) print ( 'ARGS: %s' % str (args)) |
当用户定义一个class User(Model)
时,Python解释器首先在当前类User
的定义中查找metaclass
,如果没有找到,就继续在父类Model
中查找metaclass
,找到了,就使用Model
中定义的metaclass
的ModelMetaclass
来创建User
类,也就是说,metaclass可以隐式地继承到子类,但子类自己却感觉不到。
在ModelMetaclass
中,一共做了几件事情:
-
排除掉对
Model
类的修改; -
在当前类(比如
User
)中查找定义的类的所有属性,如果找到一个Field属性,就把它保存到一个__mappings__
的dict中,同时从类属性中删除该Field属性,否则,容易造成运行时错误(实例的属性会遮盖类的同名属性); -
把表名保存到
__table__
中,这里简化为表名默认为类名。
在Model
类中,就可以定义各种操作数据库的方法,比如save()
,delete()
,find()
,update
等等。
我们实现了save()
方法,把一个实例保存到数据库中。因为有表名,属性到字段的映射和属性值的集合,就可以构造出INSERT
语句。
编写代码试试:
1 2 | u = User( id = 12345 , name = 'Michael' , email = 'test@orm.org' , password = 'my-pwd' ) u.save() |
输出如下:
1 2 3 4 5 6 7 | Found model: User Found mapping: email = = > <StringField:email> Found mapping: password = = > <StringField:password> Found mapping: id = = > <IntegerField:uid> Found mapping: name = = > <StringField:username> SQL: insert into User (password,email,username, id ) values (?,?,?,?) ARGS: [ 'my-pwd' , 'test@orm.org' , 'Michael' , 12345 ] |
可以看到,save()
方法已经打印出了可执行的SQL语句,以及参数列表,只需要真正连接到数据库,执行该SQL语句,就可以完成真正的功能。
不到100行代码,我们就通过metaclass实现了一个精简的ORM框架
1 2 3 4 5 | seasons = [ 'Spring' , 'Summer' , 'Fall' , 'Winter' ] print ( list ( enumerate (seasons))) 运行结果: [( 0 , 'Spring' ), ( 1 , 'Summer' ), ( 2 , 'Fall' ), ( 3 , 'Winter' )] |
【推荐】国内首个AI IDE,深度理解中文开发场景,立即下载体验Trae
【推荐】编程新体验,更懂你的AI,立即体验豆包MarsCode编程助手
【推荐】抖音旗下AI助手豆包,你的智能百科全书,全免费不限次数
【推荐】轻量又高性能的 SSH 工具 IShell:AI 加持,快人一步
· SQL Server 2025 AI相关能力初探
· Linux系列:如何用 C#调用 C方法造成内存泄露
· AI与.NET技术实操系列(二):开始使用ML.NET
· 记一次.NET内存居高不下排查解决与启示
· 探究高空视频全景AR技术的实现原理
· 阿里最新开源QwQ-32B,效果媲美deepseek-r1满血版,部署成本又又又降低了!
· Manus重磅发布:全球首款通用AI代理技术深度解析与实战指南
· 开源Multi-agent AI智能体框架aevatar.ai,欢迎大家贡献代码
· 被坑几百块钱后,我竟然真的恢复了删除的微信聊天记录!
· AI技术革命,工作效率10个最佳AI工具