Python面向对象特征总结

抽象是隐藏多余细节的艺术。在面向对象的概念中，抽象的直接表现形式通常为类。Python基本上提供了面向对象编程语言的所有元素，如果你已经至少掌握了一门面向对象语言，那么利用Python进行面向对象程序设计将会相当容易。

一、封装

面向对象程序设计中的术语对象（Object）基本上可以看做数据（特性）以及由一系列可以存取、操作这些数据的方法所组成的集合。传统意义上的“程序=数据结构+算法”被封装”掩盖“并简化为“程序=对象+消息”。对象是类的实例，类的抽象则需要经过封装。封装可以让调用者不用关心对象是如何构建的而直接进行使用。

一个简单的Python类封装如下：

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class Animal:

    def __init__(self): #构造方法 一个对象创建后会立即调用此方法
        self.Name="Doraemon"
        print self.Name
      
    def accessibleMethod(self): #绑定方法 对外公开
        print "I have a self! current name is:"
        print self.Name
        print "the secret message is:"
        self.__inaccessible()
        
    def __inaccessible(self): #私有方法 对外不公开 以双下划线开头
        print "U cannot see me..."

    @staticmethod
    def staticMethod():
        #self.accessibleMethod() #在静态方法中无法直接调用实例方法 直接抛出异常
        print "this is a static method"

    def setName(self,name): #访问器函数
        self.Name=name

    def getName(self): #访问器函数
        return self.Name

    name=property(getName,setName) #属性 可读可写

上面简单的示例代码可以看出，Python中的类包含了一般面向对象编程语言的主要元素，比如构造方法、绑定方法、静态方法、属性等，如果深入下去，还可以发现Python中内置了很多面向对象的“高级”主题，比如迭代器、反射、特性等等，提供了封装的直接构造要素。

二、继承

1、类继承

继承给人的直接感觉是这是一种复用代码的行为。继承可以理解为它是以普通的类为基础建立专门的类对象，子类和它继承的父类是IS-A的关系。一个简单而不失经典的示例如下：

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class Animal:

    def __init__(self): 
        self.Name="Animal"
      
    def move(self,meters):
        print "%s moved %sm." %(self.Name,meters) 
        
class Cat(Animal): #Cat是Animal的子类

     def __init__(self):  #重写超类的构造方法
        self.Name="Garfield"

##     def move(self,meters): #重写超类的绑定方法
##        print "Garfield never moves more than 1m."

class RobotCat(Animal):

    def __init__(self):  #重写超类的构造方法
        self.Name="Doraemon"

##     def move(self,meters): #重写超类的绑定方法
##        print "Doraemon is flying."

obj=Animal()
obj.move(10) #输出：Animal moved 10m.

cat=Cat()
cat.move(1) #输出：Garfield moved 1m.

robot=RobotCat()
robot.move(1000) #输出：Doraemon moved 1000m.

一个显而易见的特点是，Python的面向对象的继承特征是基于类（class）的，比javascript基于原型（prototype）的继承更容易组织和编写代码，也更容易让人接受和理解。

ps：最近几天Anders大神搞出来的TypeScript横空出世，看它的语言规范里继承也是基于类的：

class Animal {
    constructor(public name) { }
    move(meters) {
        alert(this.name + " moved " + meters + "m.");
    }
}

class Snake extends Animal {
    constructor(name) { super(name); }
    move() {
        alert("Slithering...");
        super.move(5);
    }
}

class Horse extends Animal {
    constructor(name) { super(name); }
    move() {
        alert("Galloping...");
        super.move(45);
    }
}

var sam = new Snake("Sammy the Python")
var tom: Animal = new Horse("Tommy the Palomino")

sam.move()
tom.move(34)

感觉基于类的继承的语言好像在实现OO的可读性和编程体验上都不太差，据传说javascript是码农最想喷也是喷过最多f**k的语言。

2、多重继承

不同于C#，Python是支持多重类继承的（C#可继承自多个Interface，但最多继承自一个类）。多重继承机制有时很好用，但是它容易让事情变得复杂。一个多重继承的示例如下：

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class Animal:
  
    def eat(self,food):
        print "eat %s" %food 
        
class Robot:
      
    def fly(self,kilometers):
        print "flyed %skm." %kilometers 
        
class RobotCat(Animal,Robot): #继承自多个超类

    def __init__(self):  
        self.Name="Doraemon"

robot=RobotCat() # 一只可以吃东西的会飞行的叫哆啦A梦的机器猫
print robot.Name

robot.eat("cookies") #从动物继承而来的eat

robot.fly(10000000) #从机器继承而来的fly

如你所看到的那样，多重继承的好处显而易见，我们可以轻而易举地通过类似“组合”的方式复用代码构造一个类型。

有个需要注意的地方，即如果一个方法从多个超类继承，那么务必要小心继承的超类（或者基类）的顺序：

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class Animal:
  
    def eat(self,food):
        print "eat %s" %food

    def move(self,kilometers): #动物的move方法
        pass
        
class Robot:
      
    def move(self,kilometers): #机器的move方法
        print "flyed %skm." %kilometers 
        
class RobotCat(Animal,Robot): #继承自多个超类 如方法名称相同，注意继承的顺序
#class RobotCat(Robot,Animal): 
    def __init__(self):  
        self.Name="Doraemon"

robot=RobotCat() # 一只可以吃东西的会飞行的叫哆啦A梦的机器猫
print robot.Name

robot.eat("cookies") #从动物继承而来的eat

robot.move(10000000) #本来是要从机器继承move方法，但是因为继承的顺序，这个方法直接继承自动物而pass掉

我们为动物和机器各实现一个相同名称的move方法，但是输出因为继承的顺序而有所不同，Python在查找给定方法或者特性时访问超类的顺序被称为MRO（Method Resolution Order，方法判定顺序）。

三、多态

多态意味着可以对不同的对象使用同样的操作，但它们可能会以多种形态呈现出结果。在Python中，任何不知道对象到底是什么类型，但又需要对象做点什么的时候，都会用到多态。

能够直接说明多态的两段示例代码如下：

1、方法多态

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class calculator:
  
    def count(self,args):
        return 1

calc=calculator() #自定义类型

from random import choice
obj=choice(['hello,world',[1,2,3],calc]) #obj是随机返回的 类型不确定
#print type(obj)
print obj.count('a') #方法多态

对于一个临时对象obj，它通过Python的随机函数取出来，不知道具体类型（是字符串、元组还是自定义类型），都可以调用count方法进行计算，至于count由谁（哪种类型）去做怎么去实现我们并不关心。

有一种称为”鸭子类型（duck typing）“的东西，讲的也是多态：

_metaclass_=type # 确定使用新式类
class Duck:
    def quack(self): 
        print "Quaaaaaack!"
    def feathers(self): 
        print "The duck has white and gray feathers."
 
class Person:
    def quack(self):
        print "The person imitates a duck."
    def feathers(self): 
        print "The person takes a feather from the ground and shows it."
 
def in_the_forest(duck):
    duck.quack()
    duck.feathers()
 
def game():
    donald = Duck()
    john = Person()
    in_the_forest(donald)
    in_the_forest(john)
 
game()

就in_the_forest函数而言，参数对象是一个鸭子类型，它实现了方法多态。但是实际上我们知道，从严格的抽象来讲，Person类型和Duck完全风马牛不相及。

2、运算符也多态

def add(x,y):
    return x+y

print add(1,2) #输出3

print add("hello,","world") #输出hello,world

print add(1,"abc") #抛出异常 TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

上例中，显而易见，Python的加法运算符是”多态“的，理论上，我们实现的add方法支持任意支持加法的对象，但是我们不用关心两个参数x和y具体是什么类型。

一两个示例代码当然不能从根本上说明多态。普遍认为面向对象最有价值最被低估的特征其实是多态。我们所理解的多态的实现和子类的虚函数地址绑定有关系，多态的效果其实和函数地址运行时动态绑定有关。在C#中实现多态的方式通常有重写和重载两种，从上面两段代码，我们其实可以分析得出Python中实现多态也可以变相理解为重写和重载。在Python中很多内置函数和运算符都是多态的。

号外：在C#中，我们熟知接口（Interface）和多态相关，在处理多态对象时，只要关心它的接口（或者称为“协议”）而不需要显式指定特定实现类型即可，这也是IoC中面向接口（抽象）而不依赖于具体实现编程的基础。可惜在Python中根本没有Interface（有抽象类）。而在TypeScript的Specification中引入了Interface的概念：

interface Friend {
    name: string;
    favoriteColor?: string;
}
function add(friend: Friend) {
    var name = friend.name;
}
add({ name: "Fred" });  // Ok
add({ favoriteColor: "blue" });  // Error, name required
add({ name: "Jill", favoriteColor: "green" });  // Ok

TypeScript语言规范里对Interface的定义是命名的对象类型（Programmers can give names to object types; we call named object types interfaces. ）。它直接等价于下面的Ojbect Type：

var Friend: () => {
    name: string; favoriteColor?: string;
};

上面这个Object Type在Playgound中等价的javascript代码如下：

var Friend;

在TypeScript编程规范文档里，对Interface的一些说明：

Interfaces provide the ability to give names to object types and the ability to compose existing named object types into new ones.
Interfaces have no run-time representation—they are purely a compile-time construct. Interfaces are particularly useful for documenting and validating the required shape of properties, objects passed as parameters, and objects returned from functions.

Interface可以继承自Interface：

interface Mover
{
    move(): void;
    getStatus(): { speed: number; };
}

interface Shaker
{
    shake(): void;
    getStatus(): { frequency: number; };
}

interface SimpleMover extends Mover
{
}

interface MoverShaker extends Mover, Shaker
{
    getStatus(): { speed: number; frequency: number; };
}

我们尝试让类继承自Interface：

interface Mover
{
    move(): void;
}

class SimpleMover  extends Mover{
    move() {
		alert("move")
    }
	
	
}

var mover=new SimpleMover();
mover.move();

实践证明类是不能继承实现Interface的：A export class may only extend other classes, Mover is an interface.

现在大家知道TypeScript里的Interface和我们所认识和理解的接口的区别了吗？相同的一个名词Interface，不同语境下意义并不完全相同，看上去好像是挺傻的，但是学习和使用语言不做对比几乎是不可能的。

参考：

http://www.python.org/

http://zh.wikipedia.org/wiki/Duck_typing

http://typescript.codeplex.com/

http://www.typescriptlang.org/Playground/

http://www.nczonline.net/blog/2012/10/04/thoughts-on-typescript/