python基础教程总结6——类
1. 如何定义一个类
在进行python面向对象编程之前,先来了解几个术语:类,类对象,实例对象,属性,函数和方法。
类是对现实世界中一些事物的封装,定义一个类可以采用下面的方式来定义:
- class className:
- block
注意类名后面有个冒号,在block块里面就可以定义属性和方法了。当一个类定义完之后,就产生了一个类对象。类对象支持两种操作:引用和实例化。引用操作是通过类对象去调用类中的属性或者方法,而实例化是产生出一个类对象的实例,称作实例对象。比如定义了一个people类:
- class people:
- name = 'jack' #定义了一个属性
- #定义了一个方法
- def printName(self):
- print self.name
people类定义完成之后就产生了一个全局的类对象,可以通过类对象来访问类中的属性和方法了。当通过people.name(至于为什么可以直接这样访问属性后面再解释,这里只要理解类对象这个概念就行了)来访问时,people.name中的people称为类对象,这点和C++中的有所不同。当然还可以进行实例化操作,p=people( ),这样就产生了一个people的实例对象,此时也可以通过实例对象p来访问属性或者方法了(p.name).
理解了类、类对象和实例对象的区别之后,我们来了解一下Python中属性、方法和函数的区别。
在上面代码中注释的很清楚了,name是一个属性,printName( )是一个方法,与某个对象进行绑定的函数称作为方法。一般在类里面定义的函数与类对象或者实例对象绑定了,所以称作为方法;而在类外定义的函数一般没有同对象进行绑定,就称为函数。
2. 属性
在类中我们可以定义一些属性,比如:
- class people:
- name = 'jack'
- age = 12
- p = people()
- print p.name,p.age
定义了一个people类,里面定义了name和age属性,默认值分别为'jack'和12。在定义了类之后,就可以用来产生实例化对象了,这句p = people( )实例化了一个对象p,然后就可以通过p来读取属性了。这里的name和age都是公有的,可以直接在类外通过对象名访问,如果想定义成私有的,则需在前面加2个下划线 ' __'。
- class people:
- __name = 'jack'
- __age = 12
- p = people()
- print p.__name,p.__age
这段程序运行会报错:
- Traceback (most recent call last):
- File "C:/PycharmProjects/FirstProject/oop.py", line 6, in <module>
- print p.__name,p.__age
- AttributeError: people instance has no attribute '__name
提示找不到该属性,因为私有属性是不能够在类外通过对象名来进行访问的。在Python中没有像C++中public和private这些关键字来区别公有属性和私有属性,它是以属性命名方式来区分,如果在属性名前面加了2个下划线'__',则表明该属性是私有属性,否则为公有属性(方法也是一样,方法名前面加了2个下划线的话表示该方法是私有的,否则为公有的)。
类的私有属性:
__private_attrs 两个下划线开头,声明该属性为私有,不能在类地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:
在类地内部,使用def关键字可以为类定义一个方法,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
私有的类方法:
__private_method
两个下划线开头,声明该方法为私有方法,不能在类地外部调用。在类的内部调用slef.__private_methods
1 class people: 2 #定义基本属性 3 name = '' 4 age = 0 5 #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问 6 __weight = 0 7 #定义构造方法 8 def __init__(self,n,a,w): 9 self.name = n 10 self.age = a 11 self.__weight = w 12 def speak(self): 13 print("%s is speaking: I am %d years old" %(self.name,self.age)) 14 15 16 p = people('tom',10,30) 17 p.speak() 18
3. 方法
在类中可以根据需要定义一些方法,定义方法采用def关键字,在类中定义的方法至少会有一个参数,,一般以名为'self'的变量作为该参数(用其他名称也可以),而且需要作为第一个参数。下面看个例子:
- class people:
- __name = 'jack'
- __age = 12
- def getName(self):
- return self.__name
- def getAge(self):
- return self.__age
- p = people()
- print p.getName(),p.getAge()
如果对self不好理解的话,可以把它当做C++中类里面的this指针一样理解,就是对象自身的意思,在用某个对象调用该方法时,就将该对象作为第一个参数传递给self。
4. 类中内置的方法
在Python中有一些内置的方法,这些方法命名都有比较特殊的地方(其方法名以2个下划线开始然后以2个下划线结束)。类中最常用的就是构造方法和析构方法。
构造方法__init__(self,....):在生成对象时调用,可以用来进行一些初始化操作,不需要显示去调用,系统会默认去执行。构造方法支持重载,如果用户自己没有重新定义构造方法,系统就自动执行默认的构造方法。
析构方法__del__(self):在释放对象时调用,支持重载,可以在里面进行一些释放资源的操作,不需要显示调用。
还有其他的一些内置方法,比如 __cmp__( ), __len( )__等。下面是常用的内置方法:
内置方法 | 说明 |
__init__(self,...) | 初始化对象,在创建新对象时调用 |
__del__(self) | 释放对象,在对象被删除之前调用 |
__new__(cls,*args,**kwd) | 实例的生成操作 |
__str__(self) | 在使用print语句时被调用 |
__getitem__(self,key) | 获取序列的索引key对应的值,等价于seq[key] |
__len__(self) | 在调用内联函数len()时被调用 |
__cmp__(stc,dst) | 比较两个对象src和dst |
__getattr__(s,name) | 获取属性的值 |
__setattr__(s,name,value) | 设置属性的值 |
__delattr__(s,name) | 删除name属性 |
__getattribute__() | __getattribute__()功能与__getattr__()类似 |
__gt__(self,other) | 判断self对象是否大于other对象 |
__lt__(slef,other) | 判断self对象是否小于other对象 |
__ge__(slef,other) | 判断self对象是否大于或者等于other对象 |
__le__(slef,other) | 判断self对象是否小于或者等于other对象 |
__eq__(slef,other) | 判断self对象是否等于other对象 |
__call__(self,*args) | 把实例对象作为函数调用 |
__init__():__init__方法在类的一个对象被建立时,马上运行。这个方法可以用来对你的对象做一些你希望的初始化。注意,这个名称的开始和结尾都是双下划线。代码例子:
- # Filename: class_init.py
- class Person:
- def __init__(self, name):
- self.name = name
- def sayHi(self):
- print 'Hello, my name is', self.name
- p = Person('Swaroop')
- p.sayHi()
- 输出:
- Hello, my name is Swaroop
__new__():__new__()在__init__()之前被调用,用于生成实例对象。利用这个方法和类属性的特性可以实现设计模式中的单例模式。单例模式是指创建唯一对象吗,单例模式设计的类只能实例化一个对象。
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class Singleton(object):
- __instance = None # 定义实例
- def __init__(self):
- pass
- def __new__(cls, *args, **kwd): # 在__init__之前调用
- if Singleton.__instance is None: # 生成唯一实例
- Singleton.__instance = object.__new__(cls, *args, **kwd)
- return Singleton.__instance
__getattr__()、__setattr__()和__getattribute__():当读取对象的某个属性时,python会自动调用__getattr__()方法。例如,fruit.color将转换为fruit.__getattr__(color)。当使用赋值语句对属性进行设置时,python会自动调用__setattr__()方法。__getattribute__()的功能与__getattr__()类似,用于获取属性的值。但是__getattribute__()能提供更好的控制,代码更健壮。注意,python中并不存在__setattribute__()方法。代码例子:
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class Fruit(object):
- def __init__(self, color="red", price=0):
- self.__color = color
- self.__price = price
- def __getattribute__(self, item): # <span style="font-family:宋体;font-size:12px;">获取属性的方法</span>
- return object.__getattribute__(self, item)
- def __setattr__(self, key, value):
- self.__dict__[key] = value
- if __name__ == "__main__":
- fruit = Fruit("blue", 10)
- print fruit.__dict__.get("_Fruit__color") # <span style="font-family:宋体;font-size:12px;">获取color属性</span>
- fruit.__dict__["_Fruit__price"] = 5
- print fruit.__dict__.get("_Fruit__price") # <span style="font-family:宋体;font-size:12px;">获取price属性</span>
Python不允许实例化的类访问私有数据,但你可以使用object._className__attrName访问这些私有属性。
__getitem__():如果类把某个属性定义为序列,可以使用__getitem__()输出序列属性中的某个元素.假设水果店中销售多钟水果,可以通过__getitem__()方法获取水果店中的没种水果。代码例子:
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class FruitShop:
- def __getitem__(self, i): # 获取水果店的水果
- return self.fruits[i]
- if __name__ == "__main__":
- shop = FruitShop()
- shop.fruits = ["apple", "banana"]
- print shop[1]
- for item in shop: # 输出水果店的水果
- print item,
输出:
- banana
- apple banana
__str__():__str__()用于表示对象代表的含义,返回一个字符串.实现了__str__()方法后,可以直接使用print语句输出对象,也可以通过函数str()触发__str__()的执行。这样就把对象和字符串关联起来,便于某些程序的实现,可以用这个字符串来表示某个类。代码例子:
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class Fruit:
- '''''Fruit类''' #为Fruit类定义了文档字符串
- def __str__(self): # 定义对象的字符串表示
- return self.__doc__
- if __name__ == "__main__":
- fruit = Fruit()
- print str(fruit) # 调用内置函数str()触发__str__()方法,输出结果为:Fruit类
- print fruit #直接输出对象fruit,返回__str__()方法的值,输出结果为:Fruit类
__call__():在类中实现__call__()方法,可以在对象创建时直接返回__call__()的内容。使用该方法可以模拟静态方法。代码例子:
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class Fruit:
- class Growth: # 内部类
- def __call__(self):
- print "grow ..."
- grow = Growth() # 调用Growth(),此时将类Growth作为函数返回,即为外部类Fruit定义方法grow(),grow()将执行__call__()内的代码
- if __name__ == '__main__':
- fruit = Fruit()
- fruit.grow() # 输出结果:grow ...
- Fruit.grow() # 输出结果:grow ...
5. 类属性、实例属性、类方法、实例方法以及静态方法
5.1 类属性和实例属性
在前面的例子中我们接触到的就是类属性,顾名思义,类属性就是类对象所拥有的属性,它被所有类对象的实例对象所共有,在内存中只存在一个副本,这个和C++中类的静态成员变量有点类似。对于公有的类属性,在类外可以通过类对象和实例对象访问。
- class people:
- name = 'jack' #公有的类属性
- __age = 12 #私有的类属性
- p = people()
- print p.name #正确
- print people.name #正确
- print p.__age #错误,不能在类外通过实例对象访问私有的类属性
- print people.__age #错误,不能在类外通过类对象访问私有的类属性
实例属性是不需要在类中显示定义的,比如:
- class people:
- name = 'jack'
- p = people()
- p.age =12
- print p.name #正确
- print p.age #正确
- print people.name #正确
- print people.age #错误
在类外对类对象people进行实例化之后,产生了一个实例对象p,然后p.age = 12这句给p添加了一个实例属性age,赋值为12。这个实例属性是实例对象p所特有的,注意,类对象people并不拥有它(所以不能通过类对象来访问这个age属性)。
当然还可以在实例化对象的时候给age赋值。
- class people:
- name = 'jack'
- #__init__()是内置的构造方法,在实例化对象时自动调用
- def __init__(self,age):
- self.age = age
- p = people(12)
- print p.name #正确
- print p.age #正确
- print people.name #正确
- print people.age #错误
如果需要在类外修改类属性,必须通过类对象去引用然后进行修改。如果通过实例对象去引用,会产生一个同名的实例属性,这种方式修改的是实例属性,不会影响到类属性,并且之后如果通过实例对象去引用该名称的属性,实例属性会强制屏蔽掉类属性,即引用的是实例属性,除非删除了该实例属性。
- class people:
- country = 'china'
- print people.country
- p = people()
- print p.country
- p.country = 'japan'
- print p.country #实例属性会屏蔽掉同名的类属性
- print people.country
- del p.country #删除实例属性
- print p.country
5.2 类方法、实例方法和静态方法
下面来看一下类方法、实例方法和静态方法的区别。
类方法:是类对象所拥有的方法,需要用修饰器"@classmethod"来标识其为类方法,对于类方法,第一个参数必须是类对象,一般以"cls"作为第一个参数(当然可以用其他名称的变量作为其第一个参数,但是大部分人都习惯以'cls'作为第一个参数的名字,就最好用'cls'了),能够通过实例对象和类对象去访问。
- class people:
- country = 'china'
- #类方法,用classmethod来进行修饰
- @classmethod
- def getCountry(cls):
- return cls.country
- p = people()
- print p.getCountry() #可以通过实例对象引用
- print people.getCountry() #可以通过类对象引用
类方法还有一个用途就是可以对类属性进行修改:
- class people:
- country = 'china'
- #类方法,用classmethod来进行修饰
- @classmethod
- def getCountry(cls):
- return cls.country
- @classmethod
- def setCountry(cls,country):
- cls.country = country
- p = people()
- print p.getCountry() #可以通过实例对象引用
- print people.getCountry() #可以通过类对象引用
- p.setCountry('japan')
- print p.getCountry()
- print people.getCountry()
运行结果:
- china
- china
- japan
- japan
结果显示在用类方法对类属性修改之后,通过类对象和实例对象访问都发生了改变。
实例方法:在类中最常定义的成员方法,它至少有一个参数并且必须以实例对象作为其第一个参数,一般以名为'self'的变量作为第一个参数(当然可以以其他名称的变量作为第一个参数)。在类外实例方法只能通过实例对象去调用,不能通过其他方式去调用。
- class people:
- country = 'china'
- #实例方法
- def getCountry(self):
- return self.country
- p = people()
- print p.getCountry() #正确,可以用过实例对象引用
- print people.getCountry() #错误,不能通过类对象引用实例方法
静态方法:需要通过修饰器"@staticmethod"来进行修饰,静态方法不需要多定义参数。
- class people:
- country = 'china'
- @staticmethod
- #静态方法
- def getCountry():
- return people.country
- print people.getCountry()
对于类属性和实例属性,
1》如果在类方法中引用某个属性,该属性必定是类属性;
2》而如果在实例方法中引用某个属性(不作更改),并且存在同名的类属性,此时若实例对象有该名称的实例属性,则实例属性会屏蔽类属性,即引用的是实例属性,若实例 对象没有该名称的实例属性,则引用的是类属性;
3》如果在实例方法更改某个属性,并且存在同名的类属性,此时若实例对象有该名称的实例属性,则修改的是实例属性,若实例对象没有该名称的实例属性,则会创建一个同 名称的实例属性。
4》想要修改类属性,如果在类外,可以通过类对象修改,如果在类里面,只有在类方法中进行修改。
对于类方法,实例方法,静态方法
1》从类方法和实例方法以及静态方法的定义形式就可以看出来,类方法的第一个参数是类对象cls,那么通过cls引用的必定是类对象的属性和方法;
2》实例方法的第一个参数是实例对象self,那么通过self引用的可能是类属性、也有可能是实例属性(这个需要具体分析),
3》不过在存在相同名称的类属性和实例属性的情况下,实例属性优先级更高。静态方法中不需要额外定义参数,因此在静态方法中引用类属性的话,必须通过类对象来引用。
4》类方法和静态方法都可以被类和类实例调用,类实例方法仅可以被类实例调用;
类方法的隐含调用参数是类,而类实例方法的隐含调用参数是类的实例,静态方法没有隐含调用参数
6. 继承和多重继承
上面谈到了类的基本定义和使用方法,这只体现了面向对象编程的三大特点之一:封装。下面就来了解一下另外两大特征:继承和多态。
在Python中,如果需要的话,可以让一个类去继承一个类,被继承的类称为父类或者超类、也可以称作基类,继承的类称为子类。并且Python支持多继承,能够让一个子类有多个父类。
Python中类的继承定义基本形式如下:
- #父类
- class superClassName:
- block
- #子类
- class subClassName(superClassName):
- block
在定义一个类的时候,可以在类名后面紧跟一对括号,在括号中指定所继承的父类,如果有多个父类,多个父类名之间用逗号隔开。以大学里的学生和老师举例,可以定义一个父类UniversityMember,然后类Student和类Teacher分别继承类UniversityMember:
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- class UniversityMember:
- def __init__(self,name,age):
- self.name = name
- self.age = age
- def getName(self):
- return self.name
- def getAge(self):
- return self.age
- class Student(UniversityMember):
- def __init__(self,name,age,sno,mark):
- UniversityMember.__init__(self,name,age) #注意要显示调用父类构造方法,并传递参数self
- self.sno = sno
- self.mark = mark
- def getSno(self):
- return self.sno
- def getMark(self):
- return self.mark
- class Teacher(UniversityMember):
- def __init__(self,name,age,tno,salary):
- UniversityMember.__init__(self,name,age)
- self.tno = tno
- self.salary = salary
- def getTno(self):
- return self.tno
- def getSalary(self):
- return self.salary
在大学中的每个成员都有姓名和年龄,而学生有学号和分数这2个属性,老师有教工号和工资这2个属性,从上面的代码中可以看到:
1)在Python中,如果父类和子类都重新定义了构造方法__init( )__,在进行子类实例化的时候,子类的构造方法不会自动调用父类的构造方法,必须在子类中显示调用。
2)如果需要在子类中调用父类的方法,需要以”父类名.方法“这种方式调用,以这种方式调用的时候,注意要传递self参数过去。
3)对于继承关系,子类继承了父类所有的公有属性和方法,可以在子类中通过父类名来调用,而对于私有的属性和方法,子类是不进行继承的,因此在子类中是无法通过父类 名来访问的。
4)Python支持多重继承。对于多重继承,比如 class SubClass(SuperClass1,SuperClass2); 此时有一个问题就是如果SubClass没有重新定义构造方法,它会自动 调用哪个父类的构造方法?这里记住一点:以第一个父类为中心。如果SubClass重新定义了构造方法,需要显示去调用父类的构造方法,此时调用哪个父类的构造方法由你 自己决定;若SubClass没有重新定义构造方法,则只会执行第一个父类的构造方法。并且若SuperClass1和SuperClass2中有同名的方法,通过子类的实例化对象 去调用该方法时调用的是第一个父类中的方法。
7. 多态
多态即多种形态,在运行时确定其状态,在编译阶段无法确定其类型,这就是多态。Python中的多态和Java以及C++中的多态有点不同,Python中的变量是弱类型的,在定义时不用指明其类型,它会根据需要在运行时确定变量的类型(个人觉得这也是多态的一种体现),并且Python本身是一种解释性语言,不进行预编译,因此它就只在运行时确定其状态,故也有人说Python是一种多态语言。在Python中很多地方都可以体现多态的特性,比如内置函数len(object),len函数不仅可以计算字符串的长度,还可以计算列表、元组等对象中的数据个数,这里在运行时通过参数类型确定其具体的计算过程,正是多态的一种体现。这有点类似于函数重载(一个编译单元中有多个同名函数,但参数不同),相当于为每种类型都定义了一个len函数。这是典型的多态表现。有些朋友提出Python不支持多态,我是完全不赞同的。
本质上,多态意味着可以对不同的对象使用同样的操作,但它们可能会以多种形态呈现出结果。len(object)函数就体现了这一点。在C++、Java、C#这种编译型语言中,由于有编译过程,因此就鲜明地分成了运行时多态和编译时多态。运行时多态是指允许父类指针或名称来引用子类对象,或对象方法,而实际调用的方法为对象的类类型方法,这就是所谓的动态绑定。编译时多态有模板或范型、方法重载(overload)、方法重写(override)等。而Python是动态语言,动态地确定类型信息恰恰体现了多态的特征。在Python中,任何不知道对象到底是什么类型,但又需要对象做点什么的时候,都会用到多态。
能够直接说明多态的两段示例代码如下:
1》、方法多态
- # -*- coding: UTF-8 -*-
- _metaclass_=type # 确定使用新式类
- class calculator:
- def count(self,args):
- return 1
- calc=calculator() #自定义类型
- from random import choice
- obj=choice(['hello,world',[1,2,3],calc]) #obj是随机返回的 类型不确定
- print type(obj)
- print obj.count('a') #方法多态
对于一个临时对象obj,它通过Python的随机函数取出来,不知道具体类型(是字符串、元组还是自定义类型),都可以调用count方法进行计算,至于count由谁(哪种类型)去做怎么去实现我们并不关心。
有一种称为”鸭子类型(duck typing)“的东西,讲的也是多态:
- _metaclass_=type # 确定使用新式类
- class Duck:
- def quack(self):
- print "Quaaaaaack!"
- def feathers(self):
- print "The duck has white and gray feathers."
- class Person:
- def quack(self):
- print "The person imitates a duck."
- def feathers(self):
- print "The person takes a feather from the ground and shows it."
- def in_the_forest(duck):
- duck.quack()
- duck.feathers()
- def game():
- donald = Duck()
- john = Person()
- in_the_forest(donald)
- in_the_forest(john)
- game()
就in_the_forest函数而言,参数对象是一个鸭子类型,它实现了方法多态。但是实际上我们知道,从严格的抽象来讲,Person类型和Duck完全风马牛不相及。
2》、运算符多态
- def add(x,y):
- return x+y
- print add(1,2) #输出3
- print add("hello,","world") #输出hello,world
- print add(1,"abc") #抛出异常 TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
上例中,显而易见,Python的加法运算符是”多态“的,理论上,我们实现的add方法支持任意支持加法的对象,但是我们不用关心两个参数x和y具体是什么类型。
Python同样支持运算符重载,实例如下:
- 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
一两个示例代码当然不能从根本上说明多态。普遍认为面向对象最有价值最被低估的特征其实是多态。我们所理解的多态的实现和子类的虚函数地址绑定有关系,多态的效果其实和函数地址运行时动态绑定有关。在C++, Java, C#中实现多态的方式通常有重写和重载两种,从上面两段代码,我们其实可以分析得出Python中实现多态也可以变相理解为重写和重载。在Python中很多内置函数和运算符都是多态的。
参考文献:
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/archive/2013/03/29/2986924.html
http://www.cnblogs.com/jeffwongishandsome/archive/2012/10/06/2713258.html