17.python面向对象

面向对象的编程(object oriented programming)，简称OOP：是一种编程的思想。OOP把对象当成一个程序的基本单元，一个对象包含了数据和操作数据的函数。面向对象的出现极大的提高了编程的效率，使其编程的重用性增高。

模拟场景理解面向对象和面向过程：

'''
使用面向过程的思想解决吃饭的问题？
        步骤：
        1).思考今天吃什么？
        2).去买菜(货比三家)
        3).摘菜
        4).洗菜
        5).切菜
        6).炒菜
        7).焖饭
        8).吃饭
        9).洗刷
13 使用面向对象的思想解决吃饭的问题？
        步骤：
        1).思考今天吃什么？
        2).去饭店
            ①.调用服务员的点菜功能
            ②.将菜品告知后台大厨
            ③.大厨调用服务员的上菜功能
        3).开始吃饭
        4).结账走人(多种支付方式)
'''

Python是解释性语言，但是它是面向对象的，能够进行对象编程。面向对象是一种编程方式，此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用；类 是一个模板，模板中包装了多个“函数”供使用（可以讲多函数中公用的变量封装到对象中）；对象，根据模板创建的实例（即：对象），实例用于调用被包装在类中的函数。大白话理解类和对象的区别：i类：具有一些列相同特征、行为的"事物"，它的表现是不具体的、不清晰的、模糊的概念；对象：从类中实例化得到，一个实实在在的个体，在内存中有体现；它的表现是具体的、清晰的、看得见摸的着的。

遇到面向对象的问题，通常可以考虑如下三个环节：

  1). 设计类，定义属性、函数、...(可能需要花费大量的时间) ；

  2). 创建（实例化）对象(简单，一行代码搞定，但是内存比较复杂)；

  3). 对象调用属性或者函数完成需求。

# 1.设计类
class Car(object): 
     
    # 属性
    color = "红色"
    brand = "BMW"
    number = "沪A88888"

    # 函数/方法
    def run(self):
        print('%s的%s，车牌为%s，正在飞速的行驶...' %(self.color,self.brand,self.number))

    def stop(self):
        print('车停了...')

# 2.创建对象/实例化对象
c1 = Car()
print(c1,type(c1))                  # 得到<__main__.Car object at 0x000000000220D710> <class '__main__.Car'>

# 3.对象调用属性
print(c1.color,c1.brand,c1.number)  # 红色 BMW 沪A88888

# 4.对象调用函数
c1.run()                            # 红色的BMW，车牌为沪A88888，正在飞速的行驶...
c1.stop()                           # 车停了...

# 创建第二个对象
c2 = Car()
print(c2,type(c2))                  # 得到<__main__.Car object at 0x000000000272D7B8> <class '__main__.Car'>

print(c1 == c2)                     # 得到False ，比较的是地址，c1和c2的地址不一样

c2.color = "白色"
c2.brand = "BYD"
c2.number = "京A66666"
print(c2.color,c2.brand,c2.number)   # 白色 BYD 京A66666
print(c1.color,c1.brand,c1.number)   # 红色 BMW 沪A88888
'''在一个模块中可以创建多个对象，它们彼此之间是相互独立存在(堆空间有体现)，切互不干扰...'''

c3 = c1                              # c1和c3的地址是一样的，共用，c1不调用了，但c3还指在堆上,c1记录的地址又给到c3一份
c1 = None
'''此时堆中有1个空间，不存在垃圾空间；因为c1虽然被赋值为None了，但是c3仍然记录了堆中对象空间的地址(维护这层关系)'''

类的成员：

1). 字段：普通字段、静态字段

普通字段需要通过对象来访问，而静态字段通过类访问，在使用上可以看出普通字段和静态字段的归属是不同的；他们的本质的区别是内存中保存的位置不同，普通字段属于对象，而静态字段属于类；静态字段在内存中只保存一份，普通字段在每个对象中都要保存一份；通过类创建对象时，如果每个对象都具有相同的字段，那么就使用静态字段。

class Province:

    # 静态字段/类属性
    country ＝ '中国'

    def __init__(self, name):
        # 普通字段/对象属性
        self.name = name

# 实例对象obj1
obj1 = Province('河北省')
print(obj.name)   # 直接访问普通字段

# 实例对象obj2
obj2 = Province('河南省')
print(obj.name)   # 直接访问普通字段

# 直接访问静态字段
Province.country

2). 方法：普通方法、类方法、静态方法、属性方法

前三种方法在内存中都归属于类，区别在于调用方式不同。普通方法：由对象调用；至少一个self参数；执行普通方法时，自动将调用该方法的对象赋值给self；类方法：由类调用；至少一个cls参数；执行类方法时，自动将调用该方法的类复制给cls；静态方法：由类调用；无默认参数。

相同点：对于所有的方法而言，均属于类（非对象）中，所以，在内存中也只保存一份；不同点：方法调用者不同、调用方法时自动传入的参数不同。

静态方法意思是把 @staticmethod 下面的函数和所属的类截断了，这个函数就不属于这个类了，没有类的属性了，只不是还是要通过类名的方式调用  ，把静态方法当作一个独立的函数给他传参就行了。

类方法只能访问类变量，不能访问实例变量。

属性方法把一个方法变成一个静态属性，属性就不用加小括号那样的去调用了

class Foo:

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def ord_func(self):
        """ 定义普通方法，至少有一个self参数 """
        print('普通方法')

    @classmethod
    def class_func(cls):
        """ 定义类方法，至少有一个cls参数 """
        print('类方法')

    @staticmethod
    def static_func():
        """ 定义静态方法 ，无默认参数"""
        print('静态方法')

# 调用普通方法
f = Foo()
f.ord_func()

# 调用类方法
Foo.class_func()

# 调用静态方法
Foo.static_func()

属性方法：其实是方法里面普通方法的变种。属性方法的定义和调用要注意：定义时，在普通方法的基础上添加 @property 装饰器；定义时，属性仅有一个self参数调用时，无需括号。补充：属性存在意义是：访问属性时可以制造出和访问字段完全相同的假象，属性由方法变种而来，如果Python中没有属性，方法完全可以代替其功能。Python的属性的功能是：属性内部进行一系列的逻辑计算，最终将计算结果返回。

class Foo:

   # 定义普通方法
   def func(self):
       pass

   # 定义属性
   @property
   def prop(self):
       pass

# 实例化对象
foo_obj = Foo()

foo_obj.func() # 调用普通方法
foo_obj.prop   # 调用属性方法

属性方法的两种定义方式：装饰器 即：在方法上应用装饰器；静态字段 即：在类中定义值为property对象的静态字段。

# 装饰器方式：在类的普通方法上应用@property装饰器
class Goods:

    @property
    def price(self):
        return "wupeiqi"

obj = Goods()

obj.price  # 自动执行 @property 修饰的 price 方法，并获取方法的返回值


# 静态字段方式，创建值为property对象的静态字段
class Foo:

    def get_bar(self):
        return 'wupeiqi'

    BAR = property(get_bar)

obj = Foo()

obj.BAR   # 自动调用get_bar方法，并获取方法的返回值

类特殊成员：

魔术函数：__开头并且__结尾的函数，我们称为魔术函数；特点：调用执行都不需要程序员关注，系统自行决定；例如：__init__、__del__、__str__ 、......  构造函数，析构函数，  重写函数，...... 。

构造函数(constructor)：又称构造方法/构造器，在生成对象时调用，一个对象只会被执行一次，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。

格式：__init__(self)：

执行时机：在创建对象时被执行

 1 class Person(object):
 2 
 3     def __init__(self,name,age):
 4         self.name = name     
 5         self.age = age
 6         self.address = '中国'
 6
 7     def details(self):
 8         print('姓名为：%s，年龄为：%d，籍贯是：%s' %(self.name,self.age,self.address))
 9 
10 # 创建对象
11 p1 = Person("多多",18)    # 构造方法，通过类创建对象时，自动触发执行

12 # 创建第二个对象，与p1互不干扰，共同存在与堆中
13 p2 = Person("老王",28)
14 p2.details()

析构函数：当对象在内存中被释放时，自动触发执行，此方法一般无须定义，因为Python是一门高级语言，程序员在使用时无需关心内存的分配和释放，因为此工作都是交给Python解释器来执行，所以，析构函数的调用是由解释器在进行垃圾回收时自动触发执行的。这个方法默认是不需要写的，不写的时候，默认是不做任何操作的。因为不知道对象是在什么时候被垃圾回收掉，所以，除非确实要在这里面做某些操作，不然不要自定义这个方法。

格式：__del__(self)：

执行时机：在程序结束前，将对象回收，清出内存

class Dog:

    def __init__(self,name,age,color):
        print('我是构造函数...')
        self.name = name      
        self.age = age
        self.color = color

    def __del__(self):
        print('我是析构函数...')
    
    def func(self):
        print('我是func函数...')

__str__(self)函数：如果一个类中定义了__str__方法，那么在打印 对象 时，默认输出该方法的返回值

对象实例化之后将数据给到对象名，此时如果打印对象名，在控制台上我们看到的是整个对象的类型以及在内存中的地址(十六进制)，但是我们在开发过程中，对于类型和地址并不关注；我们更希望看到的是对象的各个属性内容，此时我们可以自己重新定义__str__(self)函数的函数体(就是函数重写)，此函数有返回值，return后面的内容必须是str类型

执行时机：在打印对象名/引用名时被触发

# 没有定义__str__方法时，打印创建的对象
class Person(object):

    def __init__(self,name,age,address):
        self.name = name
        self.age = age
        self.address = address

p = Person('韩梅梅',20,'上海')
print(p)          # <__main__.Person object at 0x0000000004C3D978>


# 有定义__str__方法时，打印创建的对象
class Person(object):

    def __init__(self,name,age,address):
        self.name = name
        self.age = age
        self.address = address

    def __str__(self):
        return '姓名为：%s，年龄为：%d，籍贯是：%s人' %(self.name,self.age,self.address)   # return后面必须是字符串数据

p = Person('韩梅梅',20,'上海')
print(p)          # 姓名为：韩梅梅，年龄为：20，籍贯是：上海人

 __dict__方法：这个方法是以字典的形式列出类或对象中的所有成员，在类里面有，在对象里面也有。

class abc:
    def __init__(self,age):
        self.age=age
    def __add__(self,obj):
        return self.age+obj.age

a1=abc(18)

print(abc.__dict__) # 类里面的所有成员{'__add__': <function abc.__add__ at 0x0000020666C9E2F0>, '__module__': '__main__', '__weakref__': 
                    # <attribute '__weakref__' of 'abc' objects>, '__init__': <function abc.__init__ at 0x0000020666C9E268>, '__doc__': None, 
                    # '__dict__': <attribute '__dict__' of 'abc' objects>}

print(a1.__dict__)  # 对象里的成员{'age': 18}

面向对象的三大特性：封装性、继承性、多态性

1). 封装（Encapsulation）：将内容封装到某个地方，以后再去调用被封装在某处的内容。 对于面向对象的封装来说，其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中，然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

计算机层面：①.模块、类、函数...②.属性数据的封装与隐藏 （数据私有化）；封装的好处：安全性提高了。

场景演示：

class Person:
    def __init__(self,name,age,money):
        self.name = name
        self.age = age
        self.money = money
    def __str__(self):
        return "name：%s，age：%s，money：%s"%(self.name,self.age,self.money)

# 实例化Person对象
p = Person('tom',30,10000)
print(p)      # name：tom，age：30，money：10000

# age可以设置值，但是不符逻辑了
p.age=-40      
print(p)      # name：tom，age：-40，money：10000

以上情况不会出现编译和运行异常，但是出现了数据不符合逻辑的情况；关系到对象直接在外部去操作数据(属性)，导致"脏数据"的出现；要解决此问题，需要将上面的年龄age私有化，一旦私有化age之后，那么age使用的方位只有在class中，出了class外界无法使用他，使用__属性名的方式。
1).首先第一步是在外界不允许对象直接操作/访问属性(将此权利没收) --> 将属性私有化：__属性名
2).需要在类的内部提供给外界额外的访问方式(函数:getter/setter)

class Person:
    def __init__(self,name,age,money):
        self.name = name
        self.__age = age
        self.money = money
    def __str__(self):
        return "name：%s，age：%s，money：%s"%(self.name,self.__age,self.money)

# 实例化Person对象
p = Person('tom',30,10000)
print(p)      # name：tom，age：30，money：10000

p.age=-40     # 现在此行代码相当于动态为对象p添加一个属性age  
print(p)      # name：tom，age：30，money：10000，年龄任然是30

# 查看对象p中所有的成员变量（属性）
print(p.__dict__)   # 得到{'name': 'tom', '_Person__age': 30, 'money': 10000} 
 
'''所以age私有化之后，在计算机底层真正的名字已经变成了_Person__age,一个属性一旦被私有化，在底层真正的名字是：_类名__属性名
其实python的私有化我们可以理解为伪私有(只是换了个名)'''

# 以下的操作仅仅是为对象p动态添加一个属性为__age
p.__age=-50    
print(p)            # 仍然得到name：tom，age：30，money：10000
print(p.__dict__)   # 再看属性{'name': 'tom', '_Person__age': 30, 'money': 10000, '__age': -50} ,只是多了一个名为__age的参数

'''但是动态数据还是可以改的（但是不要去改，这样私有化就没意义了）'''
p._Person__age = -100
print(p)            # 得到name：tom，age：-100，money：10000

私有化之后可以不会出现逻辑不符的现象，但是对于age，需要在类的内部提供给外界额外的访问方式(函数:getter/setter)；

格式：get属性名（self)-->有返回值；set属性名（self，变量参数)-->有返回值；

以上两个函数的属性名都满足首字母大写其余字母小写的规范。

class Person:
    def __init__(self,name,age,money):
        self.name = name
        self.__age = age
        self.money = money

    # 设置__age
    def setAge(self,age):
        # 对age值进行合法性的校验
        if age < 0 or age > 130:
            raise Exception('年龄不合法...')
        else:
            self.__age = age

    # 获取__age
    def getAge(self):
        return self.__age

    def __str__(self):
        return "name：%s，age：%s，money：%s"%(self.name,self.__age,self.money)

p = Person('tom',30,10000)
print(p)           # name：tom，age：30，money：10000

# 调用函数完成设置和获取属性值的操作
print(p.getAge())  # 30
p.setAge(40)
print(p)           # name：tom，age：40，money：10000

p.setAge(-40)
print(p)           # Exception: 年龄不合法...

总结：python的类中只有私有成员和公有成员两种，不像c++中的类有公有成员（public），私有成员(private)和保护成员(protected).并且python中没有关键字去修饰成员，默认python中所有的成员都是公有成员，但是私有成员是以两个下划线开头的名字标示私有成员，私有成员不允许直接访问，只能通过内部方法去访问，私有成员也不允许被继承。在类的内部提供外界额外的访问方式(定义setter和getter方法)，并且在需要的时候，可以在函数的内部加入数据合法性的校验；模板：对于setter函数，命名：set属性名(首字母大写)；对于getter函数，命名：get属性名(首字母大写)

2). 继承性（Inheritance）：面向对象中的继承和现实生活中的继承相同，即：子可以继承父的内容。计算机层面：两部分组成，一部分我们称为父类(基类、超类、superclass)；另一部分我们称为子类(派生类、subclass)；子类可以使用父类中的成员(使用权)。

继承性的好处：1).代码复用性变强；2).代码扩展性变强；3).代码维护性变好；4).代码阅读性变好；继承性弊端：类和类之间是一种强耦合关系，继承的好处要远远多于弊端，所以我们还是要经常使用继承的(合理)，但不能为了继承而继承。 

继承体系可以很庞大(呈现树状结构图)，越往上层的类，感觉越模糊，越不清晰越往下层的类，感觉越清晰，越具体，所以得出结论，开发过程中创建父类的可能性变低，子类实例化的可能性极高。注意事项：1).由于继承的特点，子类对象被实例化，但是可能需要为父类属性赋值，那么可以在子类的构造函数中显示的调用父类构造来实现；2) .记住：虽然父类构造被执行，但是它仅仅做的就是赋值这件事，内存中的对象只有子类对象一个。

分类：1).单继承(单一继承)；2).多重继承；3).多继承(很多语言是不合法的)

1). 单继承的使用：

# 父类
class Person:
    def __init__(self,name,age):
        print('我是Person类的构造函数。。。')
        self.name = name
        self.age = age
    # 吃
    def eat(self):
        print('吃一个...')
    # 睡
    def sleep(self):
        print('睡一会...')

# 子类
class Teacher(Person):
    def __init__(self,name,age,salary):
        print('我是teacher类的构造函数。。。')
        self.salary = salary
        # 在子类构造函数中显示的调用其父类构造；调用父类构造函数的目的：父类的属性由父类自己赋值
        # 方法1：super(Teacher,self).__init__(name,age)
        # 方法2：super().__init__(name,age)
        # 方法3：调用父类，这种方式最好
        Person.__init__(self,name,age)    

    # 教学
    def teach(self):
        print('教书育人...')

# 实例化子类对象
t = Teacher('老郭',30,6000.0)
# 调用属性
print(t.name,t.age,t.salary)
# 调用函数
t.eat()
t.sleep()
t.teach()

2). 多重继承的使用：

# 定义生物类：
class Creature:
    def __init__(self,age):
        self.age = age

    def breath(self):
        print('呼吸...')

# 定义动物类：
class Animal(Creature):
    def __init__(self,age,name):
        self.name = name
        super().__init__(age)

    def eat(self):
        print('吃饭...')

# 定义狗类
class Dog(Animal):
    def __init__(self,age,name,color):
        self.color = color  
        Animal.__init__(self,age,name)

    def wangwang(self):
        print('犬吠...')

    def __str__(self):
        return "name：%s，age：%s，color：%s" %(self.name,self.age,self.color)

d = Dog(3,'旺财','black')
print(d)     # 因为定义了__str__,即重写，所以可以直接看到属性，不然 print(d)得到的是打印d的地址而已，只有print(t.name,t.age,t.color),才能看到结果
d.wangwang()
d.eat()
d.breath()

3). 多继承的使用：大白话就是一个子类可以调用多个父类 

# 定义Father类
class Father:
    def __init__(self,money):
        self.money = money

    def drinking(self):
        print('喝喝喝...')

# 定义Mother类
class Mother:
    def __init__(self,faceValue):
        self.faceValue = faceValue
    def shopping(self):
        print('买买买...')

# 定义Child类，同时继承Father和Mother类
class Child(Father,Mother):
    def __init__(self,money,faceValue,work):
        self.work = work
        Father.__init__(self,money)
        Mother.__init__(self,faceValue)

    def playing(self):
        print('玩玩玩...')

# 实例化子类对象
child = Child(1000000,True,"语数外")

# 调用函数
child.playing()      # 玩玩玩...
child.drinking()     # 喝喝喝...
child.shopping()     # 买买买...

函数重写(复写，覆盖，override) ：

前提：必须有继承性；原因：父类中的功能(函数)，子类需要用，但是父类中函数的函数体内容和我现在要执行的逻辑还不相符，那么可以将函数名保留(功能还是此功能)，但是将函数体重构；注意：子类重写父类的函数，除了函数体以外的部分，直接复制父类的即可

class Fu:
    def func(self):
        print('辟邪剑法...')

class Zi(Fu):
    def func(self):
        super().func()
        print('葵花宝典...')

# 实例化子类对象
zi = Zi()    

zi.func()     # 得到 辟邪剑法
              #     葵花宝典

......