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  • (五)Python面向对象编程

    根据廖雪峰老师的python教程写一些学习总结!

    面向对象编程

    面向对象编程——Object Oriented Programming,简称OOP,是一种程序设计思想。OOP把对象作为程序的基本单元,一个对象包含了数据和操作数据的函数。

    如果要打印一个学生的成绩,首先必须创建出这个学生对应的对象,然后,给对象发一个print_score消息,让对象自己把自己的数据打印出来。

    class Stduent(object):
        def __init__(self,name,score):
            self.name=name
            self.score=score
    
        def print_score(self):
            print('%s:%s'%(self.name,self.score))
    
    
    
    Bart=Stduent('Bart Simpson',87)
    Lisa=Stduent('Lisa Simpson',87)
    Bart.print_score()
    Lisa.print_score()
    
    

    1.类和实例

    类是创建实例的模板,而实例则是一个一个具体的对象,各个实例拥有的数据都互相独立,互不影响;

    方法就是与实例绑定的函数,和普通函数不同,方法可以直接访问实例的数据;

    通过在实例上调用方法,我们就直接操作了对象内部的数据,但无需知道方法内部的实现细节。

    和静态语言不同,Python允许对实例变量绑定任何数据,也就是说,对于两个实例变量,虽然它们都是同一个类的不同实例,但拥有的变量名称都可能不同:

    
    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
    >>> bart.age = 8
    >>> bart.age
    8
    >>> lisa.age
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

    注意:特殊方法“init”前后分别有两个下划线!!!

    2. 访问限制

    如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线,在Python中,实例的变量名如果以开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问,所以,我们把Student类改一改:

    class Student(object):
    
        def __init__(self, name, score):
            self.__name = name
            self.__score = score
    
        def print_score(self):
            print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

    但是如果外部代码要获取name和score怎么办?可以给Student类增加get_name和get_score这样的方法:

    class Student(object):
        ...
    
        def get_name(self):
            return self.__name
    
        def get_score(self):
            return self.__score
    需要注意的是,在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是
    以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量
    是可以直接访问的,不是private变量,所以,不能用__name____score__这样的变量名。
    有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_name,
    这样的实例变量外部是可以访问的,但是,按照约定俗成的规定,
    当你看到这样的变量时,意思就是,“虽然我可以被访问,但是,
    请把我视为私有变量,不要随意访问”。
    双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢?
    其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器
    对外把__name变量改成了_Student__name,所以,
    仍然可以通过_Student__name来访问__name变量:

    最后注意下面的这种错误写法:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.get_name()
    'Bart Simpson'
    >>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量!
    >>> bart.__name
    'New Name'
    表面上看,外部代码“成功”地设置了__name变量,但实际上
    这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量!
    内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_Student__name,
    而外部代码给bart新增了一个__name变量。

    3. 继承和多态

    3.1继承

    在OOP程序设计中,当我们定义一个class的时候,可以从某个现有的class继承,新的class称为子类(Subclass),而被继承的class称为基类、父类或超类(Base class、Super class)。

    class Animal(object):
        def run(self):
            print('Animal is running...')
    class Dog(Animal):
    
        def run(self):
            print('Dog is running...')
    
        def eat(self):
            print('Eating meat...')

    当子类和父类都存在相同的run()方法时,我们说,子类的run()覆盖了父类的run(),在代码运行的时候,总是会调用子类的run()。这样,我们就获得了继承的另一个好处:多态。

    3.2 多态

    a = list() # a是list类型
    b = Animal() # b是Animal类型
    c = Dog() # c是Dog类型
    

    判断一个变量是否是某个类型可以用isinstance()判断:

    >>> isinstance(a, list)
    True
    >>> isinstance(b, Animal)
    True
    >>> isinstance(c, Dog)
    True

    不过仔细想想,这是有道理的,因为Dog是从Animal继承下来的,当我们创建了一个Dog的实例c时,我们认为c的数据类型是Dog没错,但c同时也是Animal也没错,Dog本来就是Animal的一种!

    所以,在继承关系中,如果一个实例的数据类型是某个子类,那它的数据类型也可以被看做是父类。但是,反过来就不行:

    你会发现,新增一个Animal的子类,不必对run_twice()做任何修改,实际上,任何依赖Animal作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行,原因就在于多态。

    多态的好处就是,当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise……时,我们只需要接收Animal类型就可以了,因为Dog、Cat、Tortoise……都是Animal类型,然后,按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法,因此,传入的任意类型,只要是Animal类或者子类,就会自动调用实际类型的run()方法,这就是多态的意思:

    对于一个变量,我们只需要知道它是Animal类型,无需确切地知道它的子类型,就可以放心地调用run()方法,而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上,由运行时该对象的确切类型决定,这就是多态真正的威力:调用方只管调用,不管细节,而当我们新增一种Animal的子类时,只要确保run()方法编写正确,不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则:

    对扩展开放:允许新增Animal子类;

    对修改封闭:不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。

    静态语言 vs 动态语言

    对于静态语言(例如Java)来说,如果需要传入Animal类型,则传入的对象必须是Animal类型或者它的子类,否则,将无法调用run()方法。

    对于Python这样的动态语言来说,则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了:

    class Timer(object):
        def run(self):
            print('Start...')

    这就是动态语言的“鸭子类型”,它并不要求严格的继承体系,一个对象只要“看起来像鸭子,走起路来像鸭子”,那它就可以被看做是鸭子。

    Python的“file-like object“就是一种鸭子类型。对真正的文件对象,它有一个read()方法,返回其内容。但是,许多对象,只要有read()方法,都被视为“file-like object“。许多函数接收的参数就是“file-like object“,你不一定要传入真正的文件对象,完全可以传入任何实现了read()方法的对象。

    4.获取对象信息

    使用type()

    基本类型都可以用type()判断:

    >>> type(123)
    <class 'int'>
    >>> type('str')
    <class 'str'>
    >>> type(None)
    <type(None) 'NoneType'>

    判断基本数据类型可以直接写int,str等,但如果要判断一个对象是否是函数怎么办?可以使用types模块中定义的常量:

    >>> import types
    >>> def fn():
    ...     pass
    ...
    >>> type(fn)==types.FunctionType
    True
    >>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
    True
    >>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
    True
    >>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
    True
    

    使用isinstance()

    对于class的继承关系来说,使用type()就很不方便。我们要判断class的类型,可以使用isinstance()函数。

    总是优先使用isinstance()判断类型,可以将指定类型及其子类“一网打尽”。

    使用dir()

    如果要获得一个对象的所有属性和方法,可以使用dir()函数,它返回一个包含字符串的list,比如,获得一个str对象的所有属性和方法:

    >>> dir('ABC')
    ['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

    仅仅把属性和方法列出来是不够的,配合getattr()、setattr()以及hasattr(),我们可以直接操作一个对象的状态:

    >>> class MyObject(object):
    ...     def __init__(self):
    ...         self.x = 9
    ...     def power(self):
    ...         return self.x * self.x
    ...
    >>> obj = MyObject()

    紧接着,可以测试该对象的属性:

    
    >>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗?
    True
    >>> obj.x
    9
    >>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
    False
    >>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
    >>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
    True
    >>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
    19
    >>> obj.y # 获取属性'y'
    19

    如果试图获取不存在的属性,会抛出AttributeError的错误:

    >>> getattr(obj, 'z') # 获取属性'z'
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'MyObject' object has no attribute 'z'

    可以传入一个default参数,如果属性不存在,就返回默认值:

    >>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z',如果不存在,返回默认值404
    404

    也可以获得对象的方法

    >>> hasattr(obj, 'power') # 有属性'power'吗?
    True
    >>> getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'
    <bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
    >>> fn = getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'并赋值到变量fn
    >>> fn # fn指向obj.power
    <bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
    >>> fn() # 调用fn()与调用obj.power()是一样的
    81

    通过内置的一系列函数,我们可以对任意一个Python对象进行剖析,拿到其内部的数据。要注意的是,只有在不知道对象信息的时候,我们才会去获取对象信息。如果可以直接写:

    sum = obj.x + obj.y 

    就不要写:

    sum = getattr(obj, 'x') + getattr(obj, 'y')
    

    一个正确的用法的例子如下:

    def readImage(fp):
        if hasattr(fp, 'read'):
            return readData(fp)
        return None

    假设我们希望从文件流fp中读取图像,我们首先要判断该fp对象是否存在read方法,如果存在,则该对象是一个流,如果不存在,则无法读取。hasattr()就派上了用场。

    请注意,在Python这类动态语言中,根据鸭子类型,有read()方法,不代表该fp对象就是一个文件流,它也可能是网络流,也可能是内存中的一个字节流,但只要read()方法返回的是有效的图像数据,就不影响读取图像的功能。

    5.实例属性和类属性

    由于Python是动态语言,根据类创建的实例可以任意绑定属性。

    给实例绑定属性的方法是通过实例变量,或者通过self变量:

    class Student(object):
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
    s = Student('Bob')
    s.score = 90

    但是,如果Student类本身需要绑定一个属性呢?可以直接在class中定义属性,这种属性是类属性,归Student类所有:

    class Student(object):
        name = 'Student'

    当我们定义了一个类属性后,这个属性虽然归类所有,但类的所有实例都可以访问到。来测试一下:

    
    >>> class Student(object):
    ...     name = 'Student'
    ...
    >>> s = Student() # 创建实例s
    >>> print(s.name) # 打印name属性,因为实例并没有name属性,所以会继续查找class的name属性
    Student
    >>> print(Student.name) # 打印类的name属性
    Student
    >>> s.name = 'Michael' # 给实例绑定name属性
    >>> print(s.name) # 由于实例属性优先级比类属性高,因此,它会屏蔽掉类的name属性
    Michael
    >>> print(Student.name) # 但是类属性并未消失,用Student.name仍然可以访问
    Student
    >>> del s.name # 如果删除实例的name属性
    >>> print(s.name) # 再次调用s.name,由于实例的name属性没有找到,类的name属性就显示出来了
    Student

    从上面的例子可以看出,在编写程序的时候,千万不要对实例属性和类属性使用相同的名字,因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性,但是当你删除实例属性后,再使用相同的名称,访问到的将是类属性。

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