面向对象

一、面向对象的概念

 

1、面向对象的两个基本概念

编程语言中，一般有两种编程思维，面向过程和面向对象。

面向过程，看重的是解决问题的过程。

这好比我们解决日常生活问题差不多，分析解决问题的步骤，然后一步一步的解决。

而面向对象是一种抽象，抽象是指用分类的眼光去看世界的一种方法。

Python 就是一门面向对象的语言,

如果你学过 Java ，就知道 Java 的编程思想就是：万事万物皆对象。Python 也不例外，在解决实际问题的过程中，可以把构成问题事务分解成各个对象。

面向对象都有两个基本的概念，分别是类和对象。

• 类

用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。

• 对象

通过类定义的数据结构实例

 

面向对象的三大特性

面向对象的编程语言，也有三大特性，继承，多态和封装性。

• 继承

即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。

例如：一个 Dog 类型的对象派生自 Animal 类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog 是一个 Animal ）。

• 多态

它是指对不同类型的变量进行相同的操作，它会根据对象（或类）类型的不同而表现出不同的行为。

• 封装性

“封装”就是将抽象得到的数据和行为（或功能）相结合，形成一个有机的整体（即类）；封装的目的是增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只是要通过外部接口，一特定的访问权限来使用类的成员。

如果你是初次接触面向对象的编程语言，看到这里还一脸懵逼，不要紧，这是正常的。下面我们会通过大量的例子逐步了解 Python 的面向对象的知识。

类的定义和调用

 

1、怎么理解类？

类是什么？

个人认为理解类，最简单的方式就是：类是一个变量和函数的集合。

可以看下下面的这张图。

这张图很好的诠释了类，就是把变量和函数包装在一起。

当然我们包装也不是毫无目的的包装，我们会把同性质的包装在一个类里，这样就方便我们重复使用。

所以学到现在，你会发现很多编程的设计，都是为了我们能偷懒，重复使用。

 

2、怎么定义类

知道了类是什么样子的，我们接下来就要学习怎么去定义类了。

类定义语法格式如下：

class ClassName():
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

可以看到，我们是用 class 语句来自定义一个类的，其实这就好比我们是用 def 语句来定义一个函数一样。

竟然说类是变量和方法的集合包，那么我们来创建一个类。

class ClassA():
    var1 = 100
    var2 = 0.01
    var3 = '两点水'

    def fun1():
        print('我是 fun1')

    def fun2():
        print('我是 fun1')

    def fun3():
        print('我是 fun1')

你看，上面我们就定义了一个类，类名叫做 ClassA , 类里面的变量我们称之为属性，那么就是这个类里面有 3 个属性，分别是 var1 , var2 和 var3 。除此之外，类里面还有 3 个类方法 fun1() , fun2() 和 fun3() 。

 

3、怎么调用类属性和类方法

我们定义了类之后，那么我们怎么调用类里面的属性和方法呢？

直接看下图：

这里就不文字解释了（注：做图也不容易啊，只有写过技术文章才知道，这系列文章，多耗时）

好了，知道怎么调用之后，我们尝试一下：

类方法

 

1、类方法如何调用类属性

通过上面我们已经会定义类了，那么这里讲一下在同一个类里，类方法如何调用类属性的。

直接看个例子吧：

注意看，在类方法上面多了个 @classmethod ，这是干嘛用的呢？

这是用于声明下面的函数是类函数。其实从名字就很好理解了。

class 就是类，method 就是方法。

那是不是一定需要注明这个呢？

答案是是的。

如果你没使用，是会报错的。

如果没有声明是类方法，方法参数中就没有 cls , 就没法通过 cls 获取到类属性。

因此类方法，想要调用类属性，需要以下步骤：

• 在方法上面，用 @classmethod 声明该方法是类方法。只有声明了是类方法，才能使用类属性
• 类方法想要使用类属性，在第一个参数中，需要写上 cls , cls 是 class 的缩写，其实意思就是把这个类作为参数，传给自己，这样就可以使用类属性了。
• 类属性的使用方式就是 cls.变量名

记住喔，无论是 @classmethod 还是 cls ,都是不能省去的。

省了都会报错。

修改和增加类属性

 

1、从内部增加和修改类属性

来，我们先来温习一下类的结构。

看着这个结构，提一个问题，如何修改类属性，也就是类里面的变量？

从类结构来看，我们可以猜测，从类方法来修改，也就是从类内部来修改和增加类属性。

看下具体的实例：

这里还是强调一下，例子还是要自己多写，不要只看，自己运行， 看效果。多想。

 

2、从外部增加和修改类属性

我们刚刚看了通过类方法来修改类的属性，这时我们看下从外部如何修改和增加类属性。

例子如下：

类和对象

 

1、类和对象之间的关系

这部分内容主要讲类和对象，我们先来说说类和对象之间的关系。

类是对象的模板

我们得先有了类，才能制作出对象。

类就相对于工厂里面的模具，对象就是根据模具制造出来的产品。

从模具变成产品的过程，我们就称为类的实例化。

类实例化之后，就变成对象了。也就是相当于例子中的产品。

 

2、类的实例化

这里强调一下，类的实例化和直接使用类的格式是不一样的。

之前我们就学过，直接使用类格式是这样的：

class ClassA():
    var1 = '两点水'

    @classmethod
    def fun1(cls):
        print('var1 值为：' + cls.var1)


ClassA.fun1()

而类的实例化是怎样的呢？

是这样的，可以仔细对比一下，类的实例化和直接使用类的格式有什么不同？

主要的不同点有：

• 类方法里面没有了 @classmethod 声明了，不用声明他是类方法
• 类方法里面的参数 cls 改为 self
• 类的使用，变成了先通过 实例名 = 类() 的方式实例化对象，为类创建一个实例，然后再使用 实例名.函数() 的方式调用对应的方法 ，使用 实例名.变量名 的方法调用类的属性

这里说明一下，类方法的参数为什么 cls 改为 self ？

其实这并不是说一定要写这个，你改为什么字母，什么名字都可以。

不妨试一下：

你看，把 self 改为 aaaaaaaa 还是可以一样运行的。

只不过使用 cls 和 self 是我们的编程习惯，这也是我们的编程规范。

因为 cls 是 class 的缩写，代表这类 ， 而 self 代表这对象的意思。

所以啊，这里我们实例化对象的时候，就使用 self 。

而且 self 是所有类方法位于首位、默认的特殊参数。

除此之外，在这里，还要强调一个概念，当你把类实例化之后，里面的属性和方法，就不叫类属性和类方法了，改为叫实例属性和实例方法，也可以叫对象属性和对象方法。

为什么要这样强调呢？

因为一个类是可以创造出多个实例对象出来的。

你看下面的例子：

我不仅能用这个类创建 a 对象，还能创建 b 对象

 

3、实例属性和类属性

一个类可以实例化多个对象出来。

根据这个图，我们探究一下实例对象的属性和类属性之间有什么关系呢？

先提出第一个问题，如果类属性改变了，实例属性会不会跟着改变呢？

还是跟以前一样，提出了问题，我们直接用程序来验证就好。

看程序：

从程序运行的结果来看，类属性改变了，实例属性会跟着改变。

这很好理解，因为我们的实例对象就是根据类来复制出来的，类属性改变了，实例对象的属性也会跟着改变。

那么相反，如果实例属性改变了，类属性会改变吗？

答案当然是不能啦。因为每个实例都是单独的个体，不能影响到类的。

具体我们做下实验：

可以看到，不管实例对象怎么修改属性值，对类的属性还是没有影响的。

 

4、实例方法和类方法

那这里跟上面一样，还是提出同样的问题。

如果类方法改变了，实例方法会不会跟着改变呢？

看下下面的例子：

这里建议我的例子，各位都要仔细看一下，自己重新敲一遍。相信为什么要这么做，这么证明。

还是那句话多想，多敲。

回归正题，从运行的结果来看，类方法改变了，实例方法也是会跟着改变的。

在这个例子中，我们需要改变类方法，就用到了类的重写。

我们使用了 类.原始函数 = 新函数 就完了类的重写了。

要注意的是，这里的赋值是在替换方法，并不是调用函数。所以是不能加上括号的，也就是 类.原始函数() = 新函数() 这个写法是不对的。

那么如果实例方法改变了，类方法会改变吗？

如果这个问题我们需要验证的话，是不是要重写实例的方法，然后观察结果，看看类方法有没有改变，这样就能得出结果了。

可是我们是不能重写实例方法。

你看，会直接报错。

初始化函数

 

1、什么是初始化函数

初始化函数的意思是，当你创建一个实例的时候，这个函数就会被调用。

比如：

当代码在执行 a = ClassA() 的语句时，就自动调用了 __init__(self) 函数。

而这个 __init__(self) 函数就是初始化函数，也叫构造函数。

初始化函数的写法是固定的格式：中间是 init，意思是初始化，然后前后都要有【两个下划线】，然后 __init__() 的括号中，第一个参数一定要写上 self，不然会报错。

构造函数（初始化函数）格式如下：

def __init__(self,[...):

初始化函数一样可以传递参数的，例如：

 

2、析构函数

竟然一个在创建的时候，会调用构造函数，那么理所当然，这个当一个类销毁的时候，就会调用析构函数。

析构函数语法如下：

def __del__(self,[...):

看下具体的示例：

 

3、Python 定义类的历史遗留问题

Python 在版本的迭代中，有一个关于类的历史遗留问题，就是新式类和旧式类的问题，具体先看以下的代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-

# 旧式类
class OldClass:
    pass

# 新式类
class NewClass(object):
    pass

可以看到，这里使用了两者中不同的方式定义类，可以看到最大的不同就是，新式类继承了object 类，在 Python2 中，我们定义类的时候最好定义新式类，当然在 Python3 中不存在这个问题了，因为 Python3 中所有类都是新式类。

那么新式类和旧式类有什么区别呢？

运行下下面的那段代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-

# 旧式类
class OldClass:
    def __init__(self, account, name):
        self.account = account
        self.name = name


# 新式类
class NewClass(object):
    def __init__(self, account, name):
        self.account = account
        self.name = name


if __name__ == '__main__':
    old_class = OldClass(111111, 'OldClass')
    print(old_class)
    print(type(old_class))
    print(dir(old_class))
    print('
')
    new_class = NewClass(222222, 'NewClass')
    print(new_class)
    print(type(new_class))
    print(dir(new_class))

这是 python 2.7 运行的结果：

/Users/twowater/dev/python/test/venv/bin/python /Users/twowater/dev/python/test/com/twowater/test.py
<__main__.OldClass instance at 0x109a50560>
<type 'instance'>
['__doc__', '__init__', '__module__', 'account', 'name']


<__main__.NewClass object at 0x109a4b150>
<class '__main__.NewClass'>
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'account', 'name']

Process finished with exit code 0

这是 Python 3.6 运行的结果：

/usr/local/bin/python3.6 /Users/twowater/dev/python/test/com/twowater/test.py
<__main__.OldClass object at 0x1038ba630>
<class '__main__.OldClass'>
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'account', 'name']


<__main__.NewClass object at 0x103e3c9e8>
<class '__main__.NewClass'>
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'account', 'name']

Process finished with exit code 0

仔细观察输出的结果，对比一下，就能观察出来，注意喔，Pyhton3 中输出的结果是一模一样的，因为Python3 中没有新式类旧式类的问题。

类的多态

多态的概念其实不难理解，它是指对不同类型的变量进行相同的操作，它会根据对象（或类）类型的不同而表现出不同的行为。

事实上，我们经常用到多态的性质，比如：

>>> 1 + 2
3
>>> 'a' + 'b'
'ab'

可以看到，我们对两个整数进行 + 操作，会返回它们的和，对两个字符进行相同的 + 操作，会返回拼接后的字符串。

也就是说，不同类型的对象对同一消息会作出不同的响应。

看下面的实例，来了解多态：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: UTF-8 -*-

class User(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def printUser(self):
        print('Hello !' + self.name)


class UserVip(User):
    def printUser(self):
        print('Hello ! 尊敬的Vip用户：' + self.name)


class UserGeneral(User):
    def printUser(self):
        print('Hello ! 尊敬的用户：' + self.name)


def printUserInfo(user):
    user.printUser()


if __name__ == '__main__':
    userVip = UserVip('两点水')
    printUserInfo(userVip)
    userGeneral = UserGeneral('水水水')
    printUserInfo(userGeneral)

输出的结果:

Hello ! 尊敬的Vip用户：两点水
Hello ! 尊敬的用户：水水水

可以看到，userVip 和 userGeneral 是两个不同的对象，对它们调用 printUserInfo 方法，它们会自动调用实际类型的 printUser 方法，作出不同的响应。这就是多态的魅力。

要注意喔，有了继承，才有了多态，也会有不同类的对象对同一消息会作出不同的相应。

类的访问控制

 

1、类属性的访问控制

在 Java 中，有 public （公共）属性 和 private （私有）属性，这可以对属性进行访问控制。

那么在 Python 中有没有属性的访问控制呢？

一般情况下，我们会使用 __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。

为什么只能说一般情况下呢？

因为实际上， Python 中是没有提供私有属性等功能的。

但是 Python 对属性的访问控制是靠程序员自觉的。为什么这么说呢？

看看下面的示例：

仔细看图片，为什么说双下划线不是真正的私有属性呢？我们看下下面的例子，用下面的例子来验证：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class UserInfo(object):
    def __init__(self, name, age, account):
        self.name = name
        self._age = age
        self.__account = account

    def get_account(self):
        return self.__account


if __name__ == '__main__':
    userInfo = UserInfo('两点水', 23, 347073565);
    # 打印所有属性
    print(dir(userInfo))
    # 打印构造函数中的属性
    print(userInfo.__dict__)
    print(userInfo.get_account())
    # 用于验证双下划线是否是真正的私有属性
    print(userInfo._UserInfo__account)

输出的结果如下图：

 

2、类专有的方法

一个类创建的时候，就会包含一些方法，主要有以下方法：

类的专有方法：

方法	说明
__init__	构造函数，在生成对象时调用
__del__	析构函数，释放对象时使用
__repr__	打印，转换
__setitem__	按照索引赋值
__getitem__	按照索引获取值
__len__	获得长度
__cmp__	比较运算
__call__	函数调用
__add__	加运算
__sub__	减运算
__mul__	乘运算
__div__	除运算
__mod__	求余运算
__pow__	乘方

当然有些时候我们需要获取类的相关信息，我们可以使用如下的方法：

• type(obj)：来获取对象的相应类型；
• isinstance(obj, type)：判断对象是否为指定的 type 类型的实例；
• hasattr(obj, attr)：判断对象是否具有指定属性/方法；
• getattr(obj, attr[, default]) 获取属性/方法的值, 要是没有对应的属性则返回 default 值（前提是设置了 default），否则会抛出 AttributeError 异常；
• setattr(obj, attr, value)：设定该属性/方法的值，类似于 obj.attr=value；
• dir(obj)：可以获取相应对象的所有属性和方法名的列表：

 

3、方法的访问控制

其实我们也可以把方法看成是类的属性的，那么方法的访问控制也是跟属性是一样的，也是没有实质上的私有方法。一切都是靠程序员自觉遵守 Python 的编程规范。

示例如下，具体规则也是跟属性一样的，

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class User(object):
    def upgrade(self):
        pass

    def _buy_equipment(self):
        pass

    def __pk(self):
        pass

 

2、类方法传参

上面我们学习了类方法如何调用类属性，那么类方法如何传参呢？

其实很简单，跟普通的函数一样，直接增加参数就好了。

这个就直接上例子了：