大爽Python入门教程 71 认识类`class`

大爽Python入门公开课教案 点击查看教程总目录

1 介绍

面向过程与面向对象

学习python的小伙伴，应该会经常看到有教程说，python是面向对象的。
但是很多人写python代码，其实用的是面向过程的写法。

那么这里先来简单介绍下这两个概念。

• 面向对象编程(Object-oriented programming)
• 面向过程编程(Procedure-oriented programming)

这两个概念的中文意思还有点难理解。
我们先看下两个对应的英文的意思

• Object-oriented programming: 以对象为导向的编程方式
• Procedure-oriented programming: 以过程为导向的编程方式

到这里还是有点模糊不明白。
这里换一种符合中文思维方式的解释：

中文里面有个词，叫做事物。
这个词可以囊括一切，可以描述整个世界的所有。

而这个词，本身可以分成两个角度

• 事: 事件。
• 物: 物体。

我们可以从事的角度去认知世界，也可以从物的角度去认知世界。
对应到编程，
前者就是面向过程（用一件件事去组织代码），
后者就是面向对象（用一个个对象去组织代码）。

当然，到这里还是会有些抽象，这里建议先往后看，
看完本节所有内容之后，再回来理解下。
如果还抽象，那就再往后看，
看完本章所有内容之后，再回来理解下。

概念

在面向对象编程时，我们常常会用到以下概念。

• 类(Class)
• 对象(Object)
• 实例(Instance)

类(Class)
创建对象的蓝图/模板，描述了所创建的对象共同的特性和方法。

对象(Object)是某一个类(Class)的实例(Instance)
创建对象的实例的过程，被称为实例化(Instantiation)。

这里还是有点抽象，我们看一些别人对这些概念的解析。
以下均出自Stackoverflow

(https://stackoverflow.com/a/1486212)[https://stackoverflow.com/a/1486212]

A class is a blueprint which you use to create objects.
An object is an instance of a class - it's a concrete 'thing' that you made using a specific class.
So, 'object' and 'instance' are the same thing,
but the word 'instance' indicates the relationship of an object to its class.

类是用于创建对象的蓝图。
对象是类的实例 - 它是您使用特定类创建的具体“事物”。
所以，“object”和“instance”是同一个东西，
但是“instance”这个词表示一个对象与其类的关系。

(https://stackoverflow.com/a/3323377)[https://stackoverflow.com/a/3323377]

A blueprint for a house design is like a class description.
All the houses built from that blueprint are objects of that class.
A given house is an instance.

房屋设计的蓝图就像类描述。
根据该蓝图建造的所有房屋都是该类的对象。
给定的房子是一个实例。

总的来讲，
类相当于抽象的蓝本或者设计图。
对象是具体的实现。

比如一个别墅，它的设计图，可以类比成类，
按照这个设计图实际建成的则是对象。

根据一个设计图，可以实际建成很多个别墅，建造的过程就叫实例化。
一个类，可以创建很多个对象。

当然，到这里还是会有些抽象，这里建议先往后看，
看完本节所有内容之后，再回来理解下。
如果还抽象，那就再往后看，
看完本章所有内容之后，再回来理解下。

2 基本语法

定义一个类

基本格式如下

class ClassName:
   ...  #类体

其中

• class是关键词，必须这么写，后面接一个空格
• ClassName是类名，可以自由命名
• ...是类的内部语句，一般是写类方法(很像函数，具体见后面)，也可以写一些其他的。
  比如类内部不实现具体功能的时候，还可以写个pass.

具体例子如下

class SimpleClass:
    pass

这就是定义了一个基础的类SimpleClass，其没有实现任何具体的功能。

创建对象

定义好了类之后，我们可以用这个类来创建对象。
创建语法很简单，基本格式如下

myobject = ClassName()

就是先写类名，再在类名后面加个括号，对象就创建好了
然后赋值给一个变量。

使用上面的例子中的类，创建对象的例子如下

simpleobject = SimpleClass()

simpleobject就是SimpleClass类的对象，也可以说是一个实例。

命名规范

类名可以自由定义，但是写法上，一般推荐使用驼峰命名法(Upper Camel Case)。

驼峰命名法，简单来讲，就是多个单词无间隔，每个单词首字母大写。
比如

• student: 驼峰命名得写法就是Student
• course score: 驼峰命名得写法就是CourseScore

补充一点：
对象的命名，一般使用小写就好。
小写时，多个单词可以用下划线_分隔，也可以不分隔。
千万不能用空格分隔。

3 添加属性

但是上面的SimpleClass类是没有任何属性和方法的。
我们大多数时候，要创建的类都是要有属性和方法的。
先介绍如何给类添加属性(attribute)。

类的属性一般在__init__方法中创建(init前后各有两个下划线__)。

这里直接来个例子，长方形(Rectangle)有宽(width)高(height)属性

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

这里来详细介绍一下这个代码

1. __init__: 其语法和函数一样，但是在类里的这些，一般都叫做方法。
2. 像__init__这样，名字前后各有两个下划线的方法，是有特殊功能的方法，每种都有特定的功能。
3. __init__方法，是一个构造方法，用于创建对象。
4. 类的所有方法，首个参数都是self, 这个特殊的参数，
   代表实例本身，可以理解为自身
5. __init__方法，形参中必须有self，之后的参数就可以自由定义了，但是定义了的，创建实例的时候要传递参数，就像函数定义和调用一样。

具体来讲，我们创建一个Rectangle的实例的语法如下

rect = Rectangle(10, 20)  # 内部调用`__init__`方法，

注意：这个时候的类名后面的括号中是有参数的。
这个语句在外面，调用的时候是这样子的。
在类的内部，会使用__init__方法来做实际的工作，进行创建。

Rectangle(10, 20)对应到类的内部，
相当于会执行这样的语句__init__(self, 10, 20)，
其中self不用我们管，可以认为是python类自动生成的。

此时rect就是类的一个实例。
我们可以直接用.语法，看这个实例的属性。
比如

print(rect.width)  # 10
print(rect.height)  # 20

rect.width = 5
print(rect.width)  # 5

上面说过，self代表实例本身。

在外面，这个实例叫rect，函数内部叫做self。
外面的rect.width对应的就是self.width。

外面可以获取实例的属性，也可以通过赋值来修改实例的属性。

4 添加方法

self的一个作用，就是让其所拥有的属性，在类中能够跨方法访问（获取与修改）。

这里我们来一个例子，在类中添加一个自定义的方法。

比如Rect类，这里添加一个计算出其面积的方法,
添加后类如下

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def get_area(self):
        return self.width * self.height

使用示例如下

r1 = Rectangle(10, 20)
print(r1.get_area())  # 200

输出为200

这里再来说一下这个方法。
r1就是实例，在类的内部为self
r1.get_area()，在类的内部对应get_area(self)。

get_area(self)方法中的self.width和self.height
都来源于构造方法__init__中。
也就是width和height属性，在__init__方法中定义，
在get_area(self)方法中可以直接使用。

这也是写class, 比较直观比较常用的优点：（在类中）能够跨方法使用属性。

5 初步使用

接下来我们再来定义一些常见的形状，同时给这些形状都添加计算面积方法

等边三角形

class EqualTriangle:
    def __init__(self, side):
        self.side = side

    def get_area(self):
        return self.side * self.side * 3 ** (1/2) / 4

等边三角形的面积公式为\(\frac { \sqrt {3} } {4} a ^ 2\)，其中a是边长
程序中，可以用3 ** (1/2) 来计算\(\sqrt {3}\)

圆

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def get_area(self):
        return 3.14 * self.radius * self.radius

圆的面积公式是\(\pi r^2\)， 这里\(\pi\)取3.14

使用一

使用Rectangle、EqualTriangle、Circle
分别创建宽高为1的正方形，边长为1的等边三角形，半径为1的圆。
并输出各自的面积。

代码如下

r1 = Rectangle(1, 1)
t1 = EqualTriangle(1)
c1 = Circle(1)

print("Rectangle area: %s" % r1.get_area())
print("EqualTriangle area: %s" % t1.get_area())
print("Circle area: %s" % c1.get_area())

输出如下

Rectangle area: 1
EqualTriangle area: 0.4330127018922193
Circle area: 3.14

使用二

随便使用上面三个类创建多个对象，计算总面积。

比如，创建的对象如下

shapes = [
    Rectangle(1, 2), EqualTriangle(3), Circle(4),
    Rectangle(5, 6), EqualTriangle(7), Circle(8),
]

计算面积的代码如下

areas = 0
for shape in shapes:
    areas += shape.get_area()

print(areas)

输出为

308.31473670974873