guxh的python笔记五：面向对象
1，面向对象编程思想
类：一类具有相同属性的抽象
属性（静态属性）：实例变量、类变量、私有属性
方法（动态属性）：构造函数、析构函数（默认就有）、函数、私有函数
对象/实例：类经过实例化后，就是对象/实例
封装 encapsulation：隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口
继承 inheritance：类派生子类
多态 polymorphism：一个接口，多种实现
举例：
class Foo: # 类
t = 'd' # 类变量，所有实例共享
def __init__(self, x, y): # 构造函数
self.x = x # 属性，实例变量
self._y = y # 私有属性，实例变量
def _test(self): # 私有方法
return self.x
def __del__(self): # 析构函数
pass
def run(self):
print(self.x, self._y)
f = Foo(1, 2) # 类的实例化
f.run() # 调用实例f的方法run
Foo.run(f) # 调用实例f的方法run
类变量t，可以通过Foo.t, type(self).t, self.__class__.t, @classmethod的cls.t去访问和修改。
如果用self.t虽然也可以访问，但修改类变量时，如果t是不可变参数会创建副本。如果是可变序列则用self.t访问和用类访问一样会就地修改，参考函数的传参。
>>>f.t d >>>f.t = 'e' >>>f.t. e >>>Foo.t d
2，继承
代码重用
基类不应该被单独实例化
2.1，继承的方法
class Human:
pass
class Male(Human):
pass
2.2，子类继承父类的构造函数或方法
不会自动获得父类构造函数或方法，直接写会覆盖父类的构造函数或者同名方法。
如果想要获得父类的构造函数或者方法，需要通过继承获得。
可以通过super()或指定父类继承构造函数或者方法：
class Base:
def __init__(self):
print('BASE_init')
def say(self):
print('BASE_say')
class A(Base):
def __init__(self):
super().__init__() # 通过super()继承构造函数
def say(self):
super().__init__() # 通过supe r()继承方法
class B(Base):
def __init__(self):
Base.__init__(self) # 通过指定父类继承构造函数
def say(self):
Base.__init__(self) # 通过指定父类继承方法
2.3，指定父类多重继承
指定父类多重继承构造函数或者方法，结果相同，本节以构造函数为例。
指定父类多重继承：
class Base:
def __init__(self):
print('BASE')
class A(Base):
def __init__(self):
Base.__init__(self)
print('A')
class B(Base):
def __init__(self):
Base.__init__(self)
print('B')
class C(A, B):
def __init__(self):
A.__init__(self)
B.__init__(self)
print('C')
上述代码中，AB都指定继承Base，C先后指定继承AB。
对C实例化时，先后执行AB的构造函数，再执行C自己的构造函数，但Base的构造函数被执行了2遍。
>>> c = C() BASE A BASE B C
2.4，super()多重继承
super()多重继承构造函数或者方法，结果相同，本节以构造函数为例。
每个重新定义过的覆盖方法都使用了super()方法时，继承时会遍历整个MRO列表，并且让每个方法只调用一次。（全有super：遍历）
不符合上面条件时，继承时会按照MRO列表继承，继承时执行广度优先继承，同时不会遍历MRO列表，如果某个类有super()时，会继承该类后面的类的方法。（非全有super：广度优先 + MRO列表super）
2.5实验中，C的MRO列表打印如下：
>>> C.__mro__ (<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.Base'>, <class 'object'>)
1）super()多重继承 — A和B都使用了super()
class Base:
def __init__(self):
print('BASE')
class A(Base):
def __init__(self):
super().__init__()
print('A')
class B(Base):
def __init__(self):
super().__init__()
print('B')
class C(A, B):
def __init__(self):
super().__init__()
print('C')
C实例化：
>>> c = C() BASE B A C
Base，B，A，C都得到了遍历执行，并且Base的构造方法只执行了一遍。
2）super()多重继承 — A和B都没有使用super()
class Base:
def __init__(self):
print('BASE')
class A(Base):
def __init__(self):
print('A')
class B(Base):
def __init__(self):
print('B')
class C(A, B):
def __init__(self):
super().__init__()
print('C')
C实例化：
>>> c = C() A C
根据MRO列表优先只继承A。
如果A没有构造方法，根据广度优先继承B，输出结果是B，C。
3）super()多重继承 — B有super()
C实例化时，输出结果为AC。同2）super()多重继承 — A和B都没有使用super()
如果A没有构造方法，根据广度优先继承B，输出结果是BASE，B，C。（多个BASE是因为B有super()）
4）super()多重继承 — A有super()
class Base:
def __init__(self):
print('BASE')
class A(Base):
def __init__(self):
super().__init__()
print('A')
class B(Base):
def __init__(self):
print('B')
class C(A, B):
def __init__(self):
super().__init__()
print('C')
奇怪的现象出现了：
>>> c = C() B A C
这是因为根据MRO列表，顺序为C/A/B/BASE，A的super()继承的是B的构造函数，并不是BASE的构造函数。
2.5，使用mixin类技术扩展类的功能
mixin类时为了扩展其他类的功能而创建的，不能直接实例化，没有__init__()，也没有实例变量
mixin生效的关键是通过super()把任务转交给MRO中的下一个类。
MRO解析顺序为从左至右(object)，所以需要注意继承的次序，不确定的话可以通过print(cls.mro())查看。
mixin类实例一：记录字典赋值过程
class LoggedMappingMixin:
__slots__ = ()
def __getitem__(self, item):
print('Getting ' + str(item))
return super().__getitem__(item)
def __setitem__(self, key, value):
print('Setting {} = {}'.format(key, value))
return super().__setitem__(key, value)
def __delitem__(self, key):
print('Deleting ' + str(key))
return super().__delitem__(key)
使用mixin类：
class LoggedDict(LoggedMappingMixin, dict): # 需要先继承mixin类
pass
>>>LoggedDict.mro() # mixin的super继承的是dict
[<class '__main__.LoggedDict'>, <class '__main__.LoggedMappingMixin'>, <class 'dict'>, <class 'object'>]
>>>d['x'] = 42
Setting x = 42
>>>d['x']
Getting x
42
mixin类实例二：实现key类型限制
class RestrictKeysMixin:
def __init__(self, *args, _restrict_key_type, **kwargs):
self._restrict_key_type = _restrict_key_type
super().__init__(*args, **kwargs)
def __setitem__(self, key, value):
if not isinstance(key, self._restrict_key_type):
raise TypeError('Keys must be ' + str(self._restrict_key_type))
super().__setitem__(key, value)
class Rdict(RestrictKeysMixin, dict):
pass
d = Rdict(_restrict_key_type=str)
d[42] = 10 # TypeError: Keys must be <class 'str'>
3，多态
3.1，实现多态
在父类中的一个方法，输入不同子类的对象时，可以实现不同的效果。
父类：
class Human:
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
子类Male：
class Male(Human):
def hobby(self):
print('sports')
子类Female：
class Female(Human):
def hobby(self):
print('shopping')
不同子类，hobby输出不同，实现了多态：
m = Male('m', 20)
f = Female('f', 20)
m.hobby() # sports
f.hobby() # shopping
还可以编写一个入口函数，统一输出不同对象的hobby：
def get_hobby(obj):
obj.hobby()
get_hobby(m) # sports
get_hobby(f) # shopping
3.2，通过抽象基类强制要求子类必须实现方法
如果想要求子类在继承时必须实现hobby方法，可以对父类进行如下改造：
import abc
class Human(abc.ABC):
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
@abc.abstractmethod
def hobby(self): # 抽象方法无需实现，直接注释或pass即可
"""必须实现hobby"""
4，内置三大类装饰器
4.1，@staticmethod
如果一个方法在类中定义，但没有用到类中的实例属性或者方法，建议加上staticmethod或者classmethod。
staticmethod：本质上就是放在类中的全局函数（可以通过类或实例调用），和类没关系，完全可以放在类的外面。
class Foo:
def __init__(self, x):
self.x = x
@staticmethod
def run():
print('hello world')
f = Foo(1)
f.run() # 输出hello world，通过类的实例调用
Foo.run() # 输出hello world，通过类调用
4.2，@classmethod
被@classmethod装饰的函数可以通过类或者类的实例调用。
和staticmethod的区别是可以调用类的属性或方法：
class Foo:
hw = 'hello world'
@classmethod
def klass_run(cls):
print(cls.hw)
f = Foo()
f.klass_run() # 输出hello world，通过类的实例调用
Foo.klass_run() # 输出hello world，通过类调用
被classmethod装饰的函数第一个参数是类的引用，相当于类的实例self执行type(self)，或者self.__class__，或者直接调用类Foo。下面实现了相同的效果：
class Foo:
hw = 'hello world'
def run(self): # 下面三个print实现了相同的效果
print(type(self), type(self).hw)
print(self.__class__, self.__class__.hw)
print(Foo, Foo.hw)
@classmethod
def klass_run(cls):
print(cls, cls.hw)
>>>f = Foo()
>>>f.run()
<class '__main__.Foo'> hello world
<class '__main__.Foo'> hello world
<class '__main__.Foo'> hello world
>>>Foo.klass_run()
<class '__main__.Foo'> hello world
>>>f.klass_run()
<class '__main__.Foo'> hello world
4.3，@property
主要三个功能，详见笔记‘类的属性’：
- 函数变属性
- 属性只读
- 属性管理
5，反射
有时建立完类以后，需要动态操纵属性或方法。
可以对类，或者类的实例进行操作
class Foo:
def __init__(self, x):
self.x = x
def run(self):
print('hello world')
f = Foo(1)
hasattr：测试类/实例是否有属性/方法
print(hasattr(Foo, 'x')) # False print(hasattr(f, 'x')) # True print(hasattr(Foo, 'run')) # True print(hasattr(f, 'run')) # True
getattr：获取类/实例的属性/方法，如果某个方法保存在字符串中，可以用getattr获取并运行，可以实现相同功能的还有operator.methodcaller()
getattr(f, 'run')() # hello world print(getattr(f, 'x')) # 1
setattr：设置类/实例的属性/方法
def fun(self):
print('hello shanghai')
setattr(Foo, 'fun', fun) # 给Foo类增加fun方法
f.fun()
setattr(f, 'fun', fun) # 给f实例增加fun方法，调用时要把实例传进去
f.fun(f)
setattr(Foo, 'typecode', 'd') # 设置类属性
print(Foo.typecode)
setattr(f, 'name', 'guxh') # 设置类属性
print(f.name)
delattr：删除类/实例的属性/方法
delattr(f, 'x') print(f.x) # AttributeError
6，构造函数
6.1，简化构造函数
有点类似namedtuple：
class Structure:
_fields = []
def __init__(self, *args):
if len(args) != len(self._fields):
raise TypeError('Excepted {} arguments'.format(len(self._fields)))
for name, value in zip(self._fields, args):
setattr(self, name, value)
class Stock(Structure):
_fields = ['name', 'shares', 'price']
s = Stock('IBM', 50, 68.6)
print(s.name) # ‘IBM'
print(s.shares) # 50
print(s.price) # 68.6
注意，这里用的是setattr设置属性的键值对，如果有实例字典__dict__无法适应__slots__(元组保存)和描述符(或property)场景。
6.2，使用@classmethod创建备选构造函数
import time
class Date:
def __init__(self, year, month, day):
self.year = year
self.month = month
self.day = day
@classmethod
def today(cls):
t = time.localtime()
return cls(t.tm_year, t.tm_mon, t.tm_mday)
def __repr__(self):
return 'Date({}, {}, {})'.format(self.year, self.month, self.day)
a = Date(2019, 10, 1) # 实例a：使用构造函数
b = Date.today() # 实例b：使用备选构造函数
在__init__中使用if...else...虽然也能创造缺省的实例，列入b=Date()时返回today，但是可读性不行
