#章节十四:类与对象2
章节十四:类与对象2
上一章节,我们知道了面向对象编程的重要性,也学习了类的基础知识(1.面向对象编程,2.类的创建和调用,3.创建类的两个关键点)。可以参考一下总结图:
在理清知识的框架后,我们来回顾一下代码:
#看下参考注释:
class Chinese: # 类的创建
eye = 'black' # 类属性的创建
def __init__(self,hometown): # 类的初始化方法
self.hometown = hometown # 实例属性的创建
print('程序持续更新中……') # 初始化中的语句
def born(self): # 实例方法的创建
print('我生在%s。'%(self.hometown)) # 方法的具体语句
wufeng = Chinese('广东') # 类的实例化
print(wufeng.eye) # 打印实例的属性(从类传递的)
wufeng.born() # 实例方法的调用
好,相信你已经掌握了类的基础知识。
这一关,我们会拓展类的知识疆界,探索两个类的拓展玩法:类的定制和类的继承。
说是拓展,是因为这两个知识点属于类中较高阶的操作,让用类写成的代码更容易复用、拓展和维护(这些优势在了解继承和定制后,就能理解了)。
可以这么说:类能成为面向对象编程的主要工具,帮助 Python 在编程世界打下一片疆土,很大程度上是基于它的继承和定制。
1. 类的继承和定制是什么?
1.1 继承,从广东人说起
假设你有个外国朋友,刚来中国。某天,他看到“广东人”这个词,就来问你,你会怎么跟他解释?
可能你会回答:广东是中国的一个地方。广东人就是中国人。他可能会复述:哦!原来就是中国人。
深究的话,“广东人就是中国人”中的“就是”的确切含义是“属于”,即广东人属于中国人。
因此,中国人有的属性(如黑头发)和方法(如用筷子),广东人也都有。这么一来,用一句话“广东人是中国人”,便能让他接受多个信息:广东人有黑头发,会用筷子……
这个过程相当于:把他脑子里对“中国人”这个类的所有信息都复制了一份,然后放到了“广东人”这个类下面。
我们通过事物的归属关系,使信息的传递更为高效。听到“Python是一种计算机语言”,我们就知道Python可以编程;看到“云浮市在广东省”,我们就明白云浮市在中国南方……
同样的,编程世界也是如此。我们也可以用一句话,让计算机知道:A类属于B类,自然也拥有了B类的所有属性和方法。这句话在编程里就是:A类继承了B类。
在Python中,我们的习惯表述是:A类是B类的子类,而B类是A类的父类(或超类)。
所以,类的继承,让子类拥有了父类拥有的所有属性和方法。如此,不用白手起家(从头写代码),直接一夜暴富(代码的复用)。
不过,只有继承的话,子类只是父类的复制而已。那样,为什么不直接用父类,还要增加一个子类?
要回答这个问题,就需要了解另一个重要的概念:类的定制。
1.2 定制,广东人又来了
还是说回广东人,广东人除了继承中国人的属性方法外,还可以创造【属于自己】的属性或方法,如籍贯开头是广东省(属性)、会说广东话(方法)。
甚至,广东人还可以调整继承到的属性或方法,如中国人有个属性“居住的陆地面积(单位:万平方公里)”的值为960,广东人继承后需要将这个属性的值改为17.98。
上面的操作,都可以说是广东人在继承的基础上又做了定制。
同样,子类也可以在继承的基础上进行个性化的定制,包括:(1)创建新属性、新方法;(2)修改继承到的属性或方法。
简而言之:类的定制,不仅可以让子类拥有新的功能,还能让它有权修改继承到的代码——在写这句话时,我仿佛看到子类化成了一个人,抬头瞟了一眼在他上方的父类,淡淡地说了一句话:以我为主,为我所用。
所以,当我们谈定制时,已经包含了继承。毕竟,类的定制的前提是继承,而定制的加入让类的继承不仅仅只是单纯的复制而已。这也是我们创建子类的意义,也可以回答上面提到的那个问题——为什么我们不直接用父类而创建子类?因为……可以定制啊!
2. 类的继承,要怎么写?
2.1 继承的基础语法
用代码表示继承,语句是:
而子类继承的属性和方法,也会传递给子类创建的实例。跑个代码感受一下吧(注:广东人的英文单词是 Cantonese)。
发现了吗?实例yewen(叶问)是Cantonese(广东人)这个类创建的实例,却拥有Chinese才有的属性和方法。原因你也知道,继承的呗~
再看下代码的注释,加深对这一过程的了解吧。
class Chinese:
eye = 'black'
def eat(self):
print('吃饭,选择用筷子。')
class Cantonese(Chinese):
# 通过继承,Chinese类有的,Cantonese类也有
pass
# 验证子类可以继承父类的属性和方法,进而传递给子类创建的实例
yewen = Cantonese()
# 子类创建的实例,从子类那间接得到了父类的所有属性和方法
print(yewen.eye)
# 子类创建的实例,可调用父类的属性
yewen.eat()
# 子类创建的实例,可调用父类的方法
可见:通过一个小括号,子类就能轻轻松松地拥有父类所拥有的一切。不用复制大段大段的代码,只要一个括号,就能复用整块代码。
你也来试一试,为下面的父类Cat
创建一个子类Ragdoll
(布偶猫),并用这个子类的实例来调用父类的属性和方法。
class Cat:
tail = True
def say(self):
print('喵喵喵喵喵~')
class Ragdoll(Cat):
pass
root = Ragdoll()
print(root.tail)
root.say()
恭喜,你已经学会了最基本的继承语法了。
不过,很多类在创建时也不带括号,如class Chinese:
。这意味着它们没有父类吗?
并不。实际上,class Chinese:
在运行时相当于class Chinese(object):
。而object,是所有类的父类,我们将其称为根类(可理解为类的始祖)。
我们可以用一个函数来验证这一点:函数isinstance()
,可以用来判断某个实例是否属于某个类。
具体用法是输入两个参数(第一个是实例,第二个是类或类组成的元组),输出是布尔值(True 或 False)。跑下代码你就完全懂了:
好。可以正式验证了:
总结一下:
所以,在类的继承中,不仅子类属于父类,子类所创建的实例实际上也同时属于父类。
理论上,父类可以被无限个子类所继承(这一点好比类的属性方法可以传递给无限个实例)。这个点有什么现实意义吗?举个简单的例子:
如果要为每个省级行政区的人各创建一个类,并添加各种属性和方法。那么,只要创建一个父类Chinese,在父类中将共同的属性和方法写好,然后34个类都可以通过类的继承得到Chinese的属性和方法,代码量可以减少十几甚至几十倍。
除此之外,继承还有两个更有趣的玩法:多层继承和多重继承。让我们见识一下吧。
2.2 类的继承之多层继承
继承不仅可以发生在两个层级之间(即父类-子类),还可以有父类的父类、父类的父类的父类……
这样一来,层级就出来了。只要你愿意,你可以继续拓展上面的例子,或往上(地球人),或往下(深圳人)。跑个代码体验一下:
# 先阅读代码和注释,然后直接运行代码。
class Earthman:
eye_number = 2
# 中国人继承了地球人
class Chinese(Earthman):
eye_color = 'black'
# 广东人继承了中国人,同时也继承了地球人。
class Cantonese(Chinese):
pass
yewen = Cantonese()
print(yewen.eye_number)
print(yewen.eye_color)
在代码最后两行,我们看到:实例yewen
可以调用父类Chinese
和父类的父类Earthman
中的属性。可得结论:子类创建的实例可调用所有层级父类的属性和方法。
相信你能感知到:多层继承,属于继承的深度拓展。而下面要讲的多重继承,则是继承的宽度拓展。
2.3 类的继承之多重继承
一个类,可以同时继承多个类,语法为class A(B,C,D):
。假设我们将“出生在江苏,定居在广东的人”设为一个类Yuesu,那么,它的创建语句则为class Yuesu(Yue,Su)
。
class Yuesu(Yue,Su)
括号里Yue和Su的顺序是有讲究的。和子类更相关的父类会放在更左侧。我认为“出生在江苏,定居在广东的人”在穿着和饮食等方面会更接近广东人,所以将 Yue 放在 Su 的左侧。
所以,广东人创建的实例在调用属性和方法时,会先在左侧的父类中找,找不到才会去右侧的父类找。(可理解为“就近原则”)
请你根据就近原则,推测下面代码会打印出什么?
class Su:
born_city = 'Jiangsu'
wearing = 'thick' # 穿得较厚
def diet(self):
print('我们爱吃甜。')
class Yue:
settle_city = 'Guangdong'
wearing = 'thin' # 穿得较薄
def diet(self):
print('我们吃得清淡。')
class Yuesu(Yue,Su):
pass
xiaoming = Yuesu()
print(xiaoming.wearing)
print(xiaoming.born_city)
xiaoming.diet()
你的心里已经有答案了吧?跑下代码验证一下吧。
小结一下代码中体现的就近原则:越靠近子类(即越靠左)的父类,越亲近,越优先考虑。子类调用属性和方法时,会先在靠左的父类里找,找不到才往右找。
对比一下这两种有趣的继承方法:
多层继承和多重继承的结合,让继承的类拥有更多的属性和方法,且能更灵活地调用。进而,继承的力量也得以放大了很多倍。
现在,请你尝试用代码完成下面的继承关系,按照下图类名和属性创建5个类,并打印出C4
类的实例的属性name
和num
。
对比一下参考代码:
class C0:
name = 'C0'
class C2(C0):
num = 2
class C1:
num = 1
class C3:
name = 'C3'
class C4(C1,C2,C3):
pass
ins = C4()
print(ins.name) # 打印出C0
print(ins.num) # 打印出1
可以发现就近原则中的一个细节:多重继承中,若某父类还有父类的话,会先继续往上找到顶。例如代码中的ins.name调用的是C2的父类C0的值而非 C3。
至此,我们已经将类的继承的主要玩法探索得七七八八了。终于,我们可以一起进入类的定制了!
3. 类的定制,要怎么写?
3.1 定制,可以新增代码
请阅读一下代码和注释:
class Chinese:
eye = 'black'
def eat(self):
print('吃饭,选择用筷子。')
class Cantonese(Chinese): # 类的继承
native_place = 'guangdong' # 类的定制
def dialect(self): # 类的定制
print('我们会讲广东话。')
yewen = Cantonese()
print(yewen.eye)
# 父类的属性能用
print(yewen.native_place)
# 子类的定制属性也能用
yewen.eat()
# 父类的方法能用
yewen.dialect()
# 子类的定制方法也能用
可见:我们可以在子类下新建属性或方法,让子类可以用上父类所没有的属性或方法。这种操作,属于定制中的一种:新增代码。
我们直接运行一下:
除了新增代码外,定制还有另一种操作:重写代码。
3.2 定制,也可重写代码
重写代码,是在子类中,对父类代码的修改。
我们举个例子:已知中国的陆地面积,也知道广东的陆地面积占比为1.88%。那么,两个类的方法可以写成这样:
class Chinese:
def land_area(self,area):
print('我们居住的地方,陆地面积是%d万平方公里左右。'% area)
class Cantonese(Chinese):
# 直接对方法进行重写
def land_area(self,area):
print('我们居住的地方,陆地面积是%d万平方公里左右。'% int(area * 0.0188))
这样的话,两个类都有个各自的land_area()方法,我们分别创建实例,运行一下看下结果:
不过,这个其实是不好的示范。虽然目的达成了,但直接重写并不优雅(有点类似洗去了旧方法,然后补上新方法)。
想一想:假设有34个子类需定制这个方法,都是直接重写。那么,假设父类的方法改变,如说法改为“我们脚下的大地的面积有960万平方公里”。那么,就需要将所有子类的代码中的说法也改变。
显然,这样对代码的维护很不友好。所以,下面介绍更优雅的重写方式:
class Chinese:
def land_area(self,area):
print('我们居住的地方,陆地面积是%d万平方公里左右。'% area)
class Cantonese(Chinese):
# 间接对方法进行重写
def land_area(self, area, rate = 0.0188):
Chinese.land_area(self, area * rate)
# 直接继承父类方法,再调整参数。
gonger = Chinese()
yewen = Cantonese()
gonger.land_area(960)
yewen.land_area(960)
子类继承父类方法的操作是在def语句后接父类.方法(参数),如上述代码的第八、九行。
这样一来,父类方法land_area中的说法改变,子类也不用去动,因为子类直接继承了父类的方法。只不过,在继承的基础上,通过参数的调整完成了定制。
而参数的调整,可以增加参数(如 rate),也可以改变参数的默认值,如下:
# 阅读代码后运行
class Chinese:
def land_area(self,area):
print('我们居住的地方,陆地面积是%d万平方公里左右。' % area)
class Cantonese(Chinese):
# 为参数 area 设置默认值。
def land_area(self, area = 960, rate = 0.0188):
Chinese.land_area(self, area * rate)
yewen = Cantonese()
yewen.land_area()
# 两个参数都有默认值,所以可以这么调用。
下面,请你通过参数默认值的改变,完成子类的定制,让程序的运行结果为“雷猴!欢迎来到广东。”
看下参考代码:
class Chinese:
def __init__(self, greeting = '你好', place = '中国'):
self.greeting = greeting
self.place = place
def greet(self):
print('%s!欢迎来到%s。' % (self.greeting, self.place))
class Cantonese(Chinese):
def __init__(self, greeting = '雷猴', place = '广东'):
Chinese.__init__(self, greeting, place)
yewen = Cantonese()
yewen.greet()
这便是定制:在复用代码的基础上,又能满足个性化的需求。
类的继承和定制,从某个角度来看,和人类的科技史很像:每一代人,都“继承”了上一代的科技,同时“定制”属于这一代的科技。于是,科技的发展越来越先进。
4. 习题练习
4.1 习题一
1.练习介绍:
在这个作业,我们会通过对类属性这个切入点,温习类的继承和定制。
2.练习要求:
每个人都有好几个不同的身份,且不同身份都附带一些特定的特征(属性)和行为(方法)。
例如,有这样一群人:在学校时被归在老师,脸是严肃的;亲子关系中(parenthood)则被归到父亲,脸是甜蜜的。
下面,我们就以这群人为例,探索类属性在类的继承和定制中的传递和改变。
3.创建两个类:老师和父亲
首先,我们需要创建两个类,并为它们添加属性
class Teacher:
face = 'serious'
job = 'teacher'
class Father:
face = 'sweet'
parenthood = 'dad'
class TeacherMore(Teacher, Father):
pass
class FatherMore(Father, Teacher):
face = 'gentle'
time3 = TeacherMore()
time4 = FatherMore()
print(time3.face)
print(time4.face)
4.子类的继承和定制
请你创建两个子类,同时继承已有的两个类(注:多重继承);
然后,在其中选个子类进行定制:将 face 属性的值改变为'gentle';
再者,创建实例 time3、time4,以调用子类的 face 属性。
class Teacher:
face = 'serious'
job = 'teacher'
class Father:
face = 'sweet'
parenthood = 'dad'
class TeacherMore(Teacher, Father):
pass
class FatherMore(Father, Teacher):
face = 'gentle'
time3 = TeacherMore()
time4 = FatherMore()
print(time3.face)
print(time4.face)
4.2 习题二
1.练习介绍:
这个练习,主要是训练你对“子类的继承”的理解和运用。
2.练习要求:
练习会先提供一个类,用以记录学生学习 Python 的投入时间和有效时间。
需要你创建一个子类,为某一类学生提供定制化的记录方案。
3.用代码记录时间
# 请先读懂代码,再运行。
class Student:
# 初始化函数,为每个实例创建4个参数(其中后3个参数有默认值)
def __init__(self, name, job=None, time=0.00, time_effective=0.00):
self.name = name
self.job = job
self.time = time
self.time_effective = time_effective
def count_time(self, hour, rate):
self.time += hour
self.time_effective = hour * rate # 有效时间=投入时间×学习效率
student1 = Student('韩梅梅')
print(student1.job)
student1.count_time(10, 0.8) # 学习效率为0.8
print(student1.time_effective)
4.通过类的定制升级代码
假设:编程开发人员学 Python 的话,学习效率很高,默认为1。
而且,job 的属性为 programmer。
class Student:
def __init__(self, name, job=None, time=0.00, time_effective=0.00):
self.name = name
self.job = job
self.time = time
self.time_effective = time_effective
def count_time(self, hour, rate):
self.time += hour
self.time_effective = hour * rate
class Programmer(Student):
def __init__(self, name):
Student.__init__(self, name, job='programmer', time=0.00, time_effective=0.00)
def count_time(self, hour, rate=1):
Student.count_time(self, hour, rate)
student1 = Student('韩梅梅')
student2 = Programmer('李雷')
print(student1.job)
print(student2.job)
student1.count_time(10, 0.8)
student2.count_time(10)
print(student1.time_effective)
print(student2.time_effective)