2024年6月16日 Python - 面向对象

面向对象

面向对象技术简介

• 类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
• 方法：类中定义的函数。
• 类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
• 数据成员：类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
• 方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
• 局部变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 实例变量：在类的声明中，属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，实例变量就是一个用 self 修饰的变量。
• 继承：即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个 Dog 类型的对象派生自 Animal 类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
• 实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。
• 对象：通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

和其它编程语言相比，Python 在尽可能不增加新的语法和语义的情况下加入了类机制。

Python 中的类提供了面向对象编程的所有基本功能：类的继承机制允许多个基类，派生类可以覆盖基类中的任何方法，方法中可以调用基类中的同名方法。

对象可以包含任意数量和类型的数据。

类定义

语法格式如下：

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性。

类对象

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。

属性引用使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name

类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。

#!/usr/bin/python3

class MyClass:
    """一个简单的类实例"""
    i = 12345

    def f(self):
        return 'hello world'


# 实例化类
x = MyClass()

# 访问类的属性和方法
print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)  # 12345
print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())  # hello world

类有一个名为 __init__() 的特殊方法（构造方法），该方法在类实例化时会自动调用

def __init__(self):
    self.data = []

__init__() 方法可以有参数，参数通过 __init__() 传递到类的实例化操作上

#!/usr/bin/python3

class Complex:
    def __init__(self, realpart, imagpart):
        self.r = realpart
        self.i = imagpart


x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r, x.i)  # 输出结果：3.0 -4.5

self 代表类的实例，而非类

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别——它们必须有一个额外的 第一个参数名称 , 按照惯例它的名称是 self

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)


t = Test()
t.prt()

执行结果为：

<__main__.Test object at 0x000001991DD32BC0>
<class '__main__.Test'>

从执行结果可以很明显的看出，self 代表的是类的实例，代表当前对象的地址，而 self.__class__ 则指向类。

self 不是 python 关键字，我们把他换成 runoob 也是可以正常执行的:

类的方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self , 且为第一个参数，self 代表的是类的实例。

#!/usr/bin/python3

# 类定义
class people:
    # 定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    # 定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0

    # 定义构造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁，重 %d kg" % (self.name, self.age, self.__weight))


# 实例化类
p = people('runoob', 10, 30)
p.speak()   # runoob 说: 我 10 岁，我重 30 kg

继承

派生类的定义如下所示:

class DerivedClassName(BaseClassName):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

子类（派生类 DerivedClassName ）会继承父类（基类 BaseClassName ）的属性和方法。

BaseClassName（实例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

实例：

#!/usr/bin/python3

# 类定义
class people:
    # 定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    # 定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0

    # 定义构造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" % (self.name, self.age))


# 单继承示例
class student(people):
    grade = ''

    def __init__(self, n, a, w, g):
        # 调用父类的构函
        people.__init__(self, n, a, w)
        self.grade = g

    # 覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级" % (self.name, self.age, self.grade))


s = student('ken', 10, 60, 3)
s.speak()   # ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

多继承

Python 同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例：

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python 从左至右 搜索 ，即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

#!/usr/bin/python3

# 类定义
class people:
    # 定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    # 定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0

    # 定义构造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" % (self.name, self.age))


# 单继承示例
class student(people):
    grade = ''

    def __init__(self, n, a, w, g):
        # 调用父类的构函
        people.__init__(self, n, a, w)
        self.grade = g

    # 覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级" % (self.name, self.age, self.grade))


# 另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''

    def __init__(self, n, t):
        self.name = n
        self.topic = t

    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s" % (self.name, self.topic))


# 多重继承
class sample(speaker, student):
    a = ''

    def __init__(self, n, a, w, g, t):
        student.__init__(self, n, a, w, g)
        speaker.__init__(self, n, t)


test = sample("Tim", 25, 80, 4, "Python")
test.speak()  # 方法名同，默认调用的是在括号中参数位置排前父类的方法

方法重写

#!/usr/bin/python3

class Parent:  # 定义父类
    def myMethod(self):
        print('调用父类方法')


class Child(Parent):  # 定义子类
    def myMethod(self):
        print('调用子类方法')


c = Child()  # 子类实例
c.myMethod()  # 子类调用重写方法
super(Child, c).myMethod()  # 用子类对象调用父类已被覆盖的方法

super() 函数 是用于调用父类(超类)的一个方法。

类属性与方法

类的私有属性

__private_attrs ：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类的外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.__private_attrs

类的方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。

self 的名字并不是规定死的，也可以使用 this，但是最好还是按照约定使用 self

类的私有方法

__private_method：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用 ，不能在类的外部调用。self.__private_methods

类的专有方法

• __init__ : 构造函数，在生成对象时调用
• __del__ : 析构函数，释放对象时使用
• __repr__ : 打印，转换
• __setitem__ : 按照索引赋值
• __getitem__ : 按照索引获取值
• __len__ : 获得长度
• __cmp__ : 比较运算
• __call__ : 函数调用
• __add__ : 加运算
• __sub__ : 减运算
• __mul__ : 乘运算
• __truediv__ : 除运算
• __mod__ : 求余运算
• __pow__ : 乘方

运算符重载

Python 同样支持运算符重载，我们可以对类的专有方法进行重载

#!/usr/bin/python3

class Vector:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b

    def __str__(self):
        return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)

    def __add__(self, other):
        return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)


v1 = Vector(2, 10)
v2 = Vector(5, -2)
print(v1 + v2)  # 这里 + 重载