python的面向对象编程

面向对象编程

什么是面向对象编程

什么是对象？对象就相当于是一个容器，该容器可以盛放数据与功能。面向对象编程就是要造出一个个的对象，把原本分散开的相关数据与功能整合到一个个的对象里，这么做既方便使用，也可以提高程序的解耦合程度，进而提升了程序的可扩展性

类与对象

类即类别/种类，是面向对象分析和设计的基石，如果多个对象有相似的数据与功能，那么该多个对象就属于同一种类。有了类的好处是：我们可以把同一类对象相同的数据与功能存放到类里，而无需每个对象都重复存一份，这样每个对象里只需存自己独有的数据即可，极大地节省了空间。所以，如果说对象是用来存放数据与功能的容器，那么类则是用来存放多个对象相同的数据与功能的容器。

类的定义与实例化

类的定义

class Student: # 类的命名应该使用“驼峰体”

    school='清华大学' # 数据

    def choose(self): # 功能
        print('%s is choosing a course' %self.name)

调用类的过程称为将类实例化，拿到的返回值就是程序中的对象，或称为一个实例

stu1=Student() # 每实例化一次Student类就得到一个学生对象

属性的访问

在类中定义的名字，都是类的属性，细说的话，类有两种属性：数据属性和函数属性，可以通过__dict__访问属性的值

属性查找顺序与绑定方法

对象的名称空间里只存放着对象独有的属性，而对象们相似的属性是存放于类中的。对象在访问属性时，会优先从对象本身的__dict__中查找，未找到，则去类的__dict__中查找

但其实类中定义的函数主要是给对象使用的，而且是绑定给对象的，虽然所有对象指向的都是相同的功能，但是绑定到不同的对象就是不同的绑定方法，内存地址各不相同

绑定到对象的方法特殊之处在于，绑定给谁就应该由谁来调用，谁来调用，就会将’谁’本身当做第一个参数自动传入（方法__init__也是一样的道理）

封装

面向对象编程有三大特性：封装、继承、多态，其中最重要的一个特性就是封装。封装指的就是把数据与功能都整合到一起，听起来是不是很熟悉，没错，我们之前所说的”整合“二字其实就是封装的通俗说法。除此之外，针对封装到对象或者类中的属性，我们还可以严格控制对它们的访问，分两步实现：隐藏与开放接口

隐藏属性

Python的Class机制采用双下划线开头的方式将属性隐藏起来（设置成私有的），但其实这仅仅只是一种变形操作，类中所有双下滑线开头的属性都会在类定义阶段、检测语法时自动变成“_类名__属性名”的形式

class Foo:
    __N=0 # 变形为_Foo__N
    
    def __init__(self): # 定义函数时，会检测函数语法，所以__开头的属性也会变形
        self.__x=10 # 变形为self._Foo__x
        
    def __f1(self): # 变形为_Foo__f1
        print('__f1 run')
    
    def f2(self):  # 定义函数时，会检测函数语法，所以__开头的属性也会变形
        self.__f1() #变形为self._Foo__f1()

print(Foo.__N) # 报错AttributeError:类Foo没有属性__N

obj = Foo()
print(obbj.__x) # 报错AttributeError:对象obj没有属性__x

这种变形需要注意的问题是：

1、在类外部无法直接访问双下滑线开头的属性，但知道了类名和属性名就可以拼出名字：_类名__属性，然后就可以访问了，如Foo._A__N，所以说这种操作并没有严格意义上地限制外部访问，仅仅只是一种语法意义上的变形。

2、在类内部是可以直接访问双下滑线开头的属性的，比如self.__f1()，因为在类定义阶段类内部双下滑线开头的属性统一发生了变形。

3、变形操作只在类定义阶段发生一次,在类定义之后的赋值操作，不会变形。

开放接口

定义属性就是为了使用，所以隐藏并不是目的

隐藏数据属性

将数据隐藏起来就限制了类外部对数据的直接操作，然后类内应该提供相应的接口来允许类外部间接地操作数据，接口之上可以附加额外的逻辑来对数据的操作进行严格地控制

隐藏函数属性

目的的是为了隔离复杂度，例如ATM程序的取款功能,该功能有很多其他功能组成，比如插卡、身份认证、输入金额、打印小票、取钱等，而对使用者来说,只需要开发取款这个功能接口即可,其余功能我们都可以隐藏起来

总结隐藏属性与开放接口，本质就是为了明确地区分内外，类内部可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；而类外部只需拿到一个接口，只要接口名、参数不变，则无论设计者如何改变内部实现代码，使用者均无需改变代码。这就提供一个良好的合作基础，只要接口这个基础约定不变，则代码的修改不足为虑。

property

Python专门提供了一个装饰器property，可以将类中的函数“伪装成”对象的数据属性，对象在访问该特殊属性时会触发功能的执行，然后将返回值作为本次访问的结果，例如

>>> class People:
...     def __init__(self,name,weight,height):
...         self.name=name
...         self.weight=weight
...         self.height=height
...     @property
...     def bmi(self):
...         return self.weight / (self.height**2)
...
>>> obj=People('lili',75,1.85)
>>> obj.bmi #触发方法bmi的执行，将obj自动传给self，执行后返回值作为本次引用的结果
21.913805697589478

使用property有效地保证了属性访问的一致性。另外property还提供设置和删除属性的功能，如下

>>> class Foo:
...     def __init__(self,val):
...         self.__NAME=val #将属性隐藏起来
...     @property
...     def name(self):
...         return self.__NAME
...     @name.setter
...     def name(self,value):
...         if not isinstance(value,str):  #在设定值之前进行类型检查 
    		# isinstance() 函数来判断一个对象是否是一个已知的类型，类似 type()。
...             raise TypeError('%s must be str' %value)
...         self.__NAME=value #通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME
...     @name.deleter
...     def name(self):
...         raise PermissionError('Can not delete')
...
>>> f=Foo('lili')
>>> f.name
lili
>>> f.name='LiLi' #触发name.setter装饰器对应的函数name(f,’Egon')
>>> f.name=123 #触发name.setter对应的的函数name(f,123),抛出异常TypeError
>>> del f.name #触发name.deleter对应的函数name(f),抛出异常PermissionError

继承与派生

什么是继承

继承是一种创建新类的方式，在Python中，新建的类可以继承一个或多个父类，新建的类可称为子类或派生类，父类又可称为基类或超类

class ParentClass1: #定义父类
    pass

class ParentClass2: #定义父类
    pass

class SubClass1(ParentClass1): #单继承
    pass

class SubClass2(ParentClass1,ParentClass2): #多继承
    pass

通过类的内置属性__bases__可以查看类继承的所有父类

在Python2中有经典类与新式类之分，没有显式地继承object类的类，以及该类的子类，都是经典类，显式地继承object的类，以及该类的子类，都是新式类。而在Python3中，即使没有显式地继承object，也会默认继承该类,因而在Python3中统一都是新式类.

属性查找

有了继承关系，对象在查找属性时，先从对象自己的__dict__中找，如果没有则去子类中找，然后再去父类中找……

父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以采用双下划线开头的方式将方法设置为私有的

继承的实现原理

对于你定义的每一个类，Python都会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表，该MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表，如下

>>> F.mro() # 新式类内置了mro方法可以查看线性列表的内容，经典类没有该内置该方法
[<class '__main__.F'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, 
<class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class ‘object’>]

MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的，我们无需深究该算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表，且在查找属性时，Python会基于MRO列表按照从左到右的顺序依次查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。

#新式类（py3中全是新式类）：广度优先---从左侧开始，一直往上找，找到菱形的顶点结束（不包括菱形顶点），继续下一个继承的父类往上找，找到菱形的顶点结束（不包括菱形顶点），最后找到菱形顶点
#经典类（只有py2中才有）：深度优先---从左侧开始，一直往上找，找到菱形的顶点结束（包括菱形顶点）继续下一个继承的父类往上找，找到菱形的顶点结束(不包含菱形定点)

派生与方法重用

子类可以派生出自己新的属性，在进行属性查找时，子类中的属性名会优先于父类被查找

若想在子类派生出的方法内重用父类的功能，有两种实现方式

方法一：“指名道姓”地调用某一个类的函数 (跟继承没有关系的)

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         People.__init__(self,name,age,sex) #调用的是函数,因而需要传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

方法二：super() (依赖于继承)

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         super().__init__(name,age,sex) #调用的是绑定方法，自动传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

提示：在Python2中super的使用需要完整地写成super(自己的类名,self) ,而在python3中可以简写为super()。

组合

在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。组合与继承都是用来解决代码的重用性问题。不同的是：继承是一种“是”的关系，比如老师是人、学生是人，当类之间有很多相同的之处，应该使用继承；而组合则是一种“有”的关系，比如老师有生日，老师有多门课程，当类之间有显著不同，并且较小的类是较大的类所需要的组件时，应该使用组合，如下示例

class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))

class Date:
    def __init__(self,year,mon,day):
        self.year=year
        self.mon=mon
        self.day=day
    def tell_birth(self):
       print('<%s-%s-%s>' %(self.year,self.mon,self.day))

class People:
    school='清华大学'
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age

#Teacher类基于继承来重用People的代码，基于组合来重用Date类和Course类的代码
class Teacher(People): #老师是人
    def __init__(self,name,sex,age,title,year,mon,day):
        super().__init__(name,age,sex)
        self.birth=Date(year,mon,day) #老师有生日
        self.courses=[] #老师有课程，可以在实例化后，往该列表中添加Course类的对象
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)


python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('linux','5mons',5000.0)
teacher1=Teacher('lili','female',28,'博士生导师',1990,3,23)

# teacher1有两门课程
teacher1.courses.append(python)
teacher1.courses.append(linux)

# 重用Date类的功能
teacher1.birth.tell_birth()

# 重用Course类的功能
for obj in teacher1.courses: 
    obj.tell_info()

此时对象teacher1集对象独有的属性、Teacher类中的内容、Course类中的内容于一身（都可以访问到），是一个高度整合的产物

多态性与鸭子类型

多态与多态性

多态指的是一类事物有多种形态，比如动物有多种形态：猫、狗、猪

class Animal: #同一类事物:动物
    def talk(self):
        pass
class Cat(Animal): #动物的形态之一:猫
    def talk(self):
        print('喵喵喵')
class Dog(Animal): #动物的形态之二:狗
    def talk(self):
        print('汪汪汪')
class Pig(Animal): #动物的形态之三:猪
    def talk(self):
        print('哼哼哼')

#实例化得到三个对象
>>> cat=Cat()
>>> dog=Dog()
>>> pig=Pig()

多态性指的是可以在不用考虑对象具体类型的情况下而直接使用对象，这就需要在设计时，把对象的使用方法统一成一种：例如cat、dog、pig都是动物,但凡是动物肯定有talk方法，于是我们可以不用考虑它们三者的具体是什么类型的动物,而直接使用

>>> cat.talk()
喵喵喵
>>> dog.talk()
汪汪汪
>>> pig.talk()
哼哼哼

更进一步,我们可以定义一个统一的接口来使用

>>> def Talk(animal):
...     animal.talk()
... 
>>> Talk(cat)
喵喵喵
>>> Talk(dog)
汪汪汪
>>> Talk(pig)
哼哼哼

Python中一切皆对象，本身就支持多态性

多态性的好处在于增强了程序的灵活性和可扩展性，比如通过继承Animal类创建了一个新的类，实例化得到的对象obj，可以使用相同的方式使用obj.talk()

综上我们得知，多态性的本质在于不同的类中定义有相同的方法名，这样我们就可以不考虑类而统一用一种方式去使用对象，可以通过在父类引入抽象类的概念来硬性限制子类必须有某些方法名

import abc

# 指定metaclass属性将类设置为抽象类，抽象类本身只是用来约束子类的，不能被实例化
class Animal(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod # 该装饰器限制子类必须定义有一个名为talk的方法
    def talk(self): # 抽象方法中无需实现具体的功能
        pass

class Cat(Animal): # 但凡继承Animal的子类都必须遵循Animal规定的标准
    def talk(self):
        pass

cat=Cat() # 若子类中没有一个名为talk的方法则会抛出异常TypeError，无法实例化

鸭子类型

但其实我们完全可以不依赖于继承，只需要制造出外观和行为相同对象，同样可以实现不考虑对象类型而使用对象，这正是Python崇尚的“鸭子类型”（duck typing）：“如果看起来像、叫声像而且走起路来像鸭子，那么它就是鸭子”。比起继承的方式，鸭子类型在某种程度上实现了程序的松耦合度，

绑定方法与非绑定方法

类中定义的函数分为两大类：绑定方法和非绑定方法

绑定方法

其中绑定方法又分为绑定到对象的对象方法和绑定到类的类方法。

在类中正常定义的函数默认是绑定到对象的，而为某个函数加上装饰器@classmethod后，该函数就绑定到了类。

绑定到类的方法就是专门给类用的，但其实对象也可以调用，只不过自动传入的第一个参数仍然是类，也就是说这种调用是没有意义的，并且容易引起混淆，这也是Python的对象系统与其他面向对象语言对象系统的区别之一，比如Smalltalk和Ruby中，绑定到类的方法与绑定到对象的方法是严格区分开的。

非绑定方法

为类中某个函数加上装饰器@staticmethod后，该函数就变成了非绑定方法，也称为静态方法。该方法不与类或对象绑定，类与对象都可以来调用它，但它就是一个普通函数而已，因而没有自动传值那么一说

总结绑定方法与非绑定方法的使用：若类中需要一个功能，该功能的实现代码中需要引用对象则将其定义成对象方法、需要引用类则将其定义成类方法、无需引用类或对象则将其定义成静态方法。

反射与内置方法

反射

什么是反射

1.反射的概念是由Smith在1982年首次提出的，主要是指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力（自省）。这一概念的提出很快引发了计算机科学领域关于应用反射性的研究。它首先被程序语言的设计领域所采用,并在Lisp和面向对象方面取得了成绩。

2 python面向对象中的反射：通过字符串的形式操作对象相关的属性。python中的一切事物都是对象（都可以使用反射）

四个可以实现自省的函数

下列方法适用于类和对象（一切皆对象，类本身也是一个对象）

class Teacher:
    def __init__(self,full_name):
        self.full_name =full_name

t=Teacher('Egon Lin')

# hasattr(object,'name')
hasattr(t,'full_name') # 按字符串'full_name'判断有无属性t.full_name

# getattr(object, 'name', default=None)
getattr(t,'full_name',None) # 等同于t.full_name,不存在该属性则返回默认值None

# setattr(x, 'y', v)
setattr(t,'age',18) # 等同于t.age=18

# delattr(x, 'y')
delattr(t,'age') # 等同于del t.age

为什么用反射之反射的好处

好处一：实现可插拔机制

有俩程序员，一个lili，一个是egon，lili在写程序的时候需要用到egon所写的类，但是egon去跟女朋友度蜜月去了，还没有完成他写的类，lili想到了反射，使用了反射机制lili可以继续完成自己的代码，等egon度蜜月回来后再继续完成类的定义并且去实现lili想要的功能。

总之反射的好处就是，可以事先定义好接口，接口只有在被完成后才会真正执行，这实现了即插即用，这其实是一种‘后期绑定’，什么意思？即你可以事先把主要的逻辑写好（只定义接口），然后后期再去实现接口的功能

好处二：动态导入模块（基于反射当前模块成员）

内置方法

__setattr__,__delattr__,__getattr__

# 三者的用法演示
class Foo:
    x=1
    def __init__(self,y):
        self.y=y

    def __getattr__(self, item):
        print('----> from getattr:你找的属性不存在')


    def __setattr__(self, key, value):
        print('----> from setattr')
        # self.key=value #这就无限递归了,你好好想想
        # self.__dict__[key]=value #应该使用它

    def __delattr__(self, item):
        print('----> from delattr')
        # del self.item #无限递归了
        self.__dict__.pop(item)

#__setattr__添加/修改属性会触发它的执行
f1=Foo(10)
print(f1.__dict__) # 因为你重写了__setattr__,凡是赋值操作都会触发它的运行,你啥都没写,就是根本没赋值,除非你直接操作属性字典,否则永远无法赋值
f1.z=3
print(f1.__dict__)

#__delattr__删除属性的时候会触发
f1.__dict__['a']=3#我们可以直接修改属性字典,来完成添加/修改属性的操作
del f1.a
print(f1.__dict__)

#__getattr__只有在使用点调用属性且属性不存在的时候才会触发
f1.xxxxxx

_getattribute_

class Foo:
    def __init__(self,x):
        self.x=x

    def __getattribute__(self, item):
        print('不管是否存在,我都会执行')

f1=Foo(10)
f1.x
f1.xxxxxx

当__getattribute__与__getattr__同时存在,只会执行__getattrbute__,除非__getattribute__在执行过程中抛出异常AttributeError

描述符(__get__,__set__,_delete__)

1. 描述符是什么:描述符本质就是一个新式类,在这个新式类中,至少实现了__get__(),__set__(),__delete__()中的一个,这也被称为描述符协议
   __get__():调用一个属性时,触发
   __set__():为一个属性赋值时,触发
   __delete__():采用del删除属性时,触发

class Foo: #在python3中Foo是新式类,它实现了三种方法,这个类就被称作一个描述符
    def __get__(self, instance, owner):
        pass
    def __set__(self, instance, value):
        pass
    def __delete__(self, instance):
        pass

2. 描述符是干什么的:描述符的作用是用来代理另外一个类的属性的(必须把描述符定义成这个类的类属性，不能定义到构造函数中)

#引子:描述符类产生的实例进行属性操作并不会触发三个方法的执行
class Foo:
    def __get__(self, instance, owner):
        print('触发get')
    def __set__(self, instance, value):
        print('触发set')
    def __delete__(self, instance):
        print('触发delete')

#包含这三个方法的新式类称为描述符,由这个类产生的实例进行属性的调用/赋值/删除,并不会触发这三个方法
f1=Foo()
f1.name='egon'
f1.name
del f1.name
#疑问:何时,何地,会触发这三个方法的执行






#描述符应用之何时?何地?
#描述符Str
class Str:
    def __get__(self, instance, owner):
        print('Str调用')
    def __set__(self, instance, value):
        print('Str设置...')
    def __delete__(self, instance):
        print('Str删除...')

#描述符Int
class Int:
    def __get__(self, instance, owner):
        print('Int调用')
    def __set__(self, instance, value):
        print('Int设置...')
    def __delete__(self, instance):
        print('Int删除...')

class People:
    name=Str()
    age=Int()
    def __init__(self,name,age): #name被Str类代理,age被Int类代理,
        self.name=name
        self.age=age

#何地？：定义成另外一个类的类属性

#何时？：且看下列演示

p1=People('alex',18)

#描述符Str的使用
p1.name
p1.name='egon'
del p1.name

#描述符Int的使用
p1.age
p1.age=18
del p1.age

#我们来瞅瞅到底发生了什么
print(p1.__dict__)
print(People.__dict__)

#补充
print(type(p1) == People) #type(obj)其实是查看obj是由哪个类实例化来的
print(type(p1).__dict__ == People.__dict__)

3. 描述符分两种
   一 数据描述符:至少实现了__get__()和_set_()

   class Foo:
       def __set__(self, instance, value):
           print('set')
       def __get__(self, instance, owner):
           print('get')
   

   二 非数据描述符:没有实现__set__()

    class Foo:
       def __get__(self, instance, owner):
           print('get')
   

4. 注意事项:
   一 描述符本身应该定义成新式类,被代理的类也应该是新式类
   二 必须把描述符定义成这个类的类属性，不能为定义到构造函数中
   三 要严格遵循该优先级,优先级由高到底分别是
   1.类属性
   2.数据描述符
   3.实例属性
   4.非数据描述符
   5.找不到的属性触发__getattr__()

5. 描述符总结:

   描述符是可以实现大部分python类特性中的底层魔法,包括@classmethod,@staticmethd,@property甚至是__slots__属性

   描述父是很多高级库和框架的重要工具之一,描述符通常是使用到装饰器或者元类的大型框架中的一个组件

二次加工标准类型(包装)

包装：python为大家提供了标准数据类型，以及丰富的内置方法，其实在很多场景下我们都需要基于标准数据类型来定制我们自己的数据类型，新增/改写方法，这就用到了我们刚学的继承/派生知识（其他的标准类型均可以通过下面的方式进行二次加工）

授权：授权是包装的一个特性, 包装一个类型通常是对已存在的类型的一些定制,这种做法可以新建,修改或删除原有产品的功能。其它的则保持原样。授权的过程,即是所有更新的功能都是由新类的某部分来处理,但已存在的功能就授权给对象的默认属性。

实现授权的关键点就是覆盖__getattr__方法