Python基础篇【第7篇】: 面向对象(1)

面向对象技术简介

相近对象，归为类

　　在人类认知中，会根据属性相近把东西归类，并且给类别命名。比如说，鸟类的共同属性是有羽毛，通过产卵生育后代。任何一只特别的鸟都在鸟类的原型基础上的。面向对象就是模拟了以上人类认知过程。在Python语言，为了听起来酷，我们把上面说的“东西”称为对象（object）。

　　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。

　　类是一种数据结构，我们可以用它来定义对象，后者把数据值和行为特性融合在一起。类是现实世界的抽象的实体以编程形式出现。实例是这些对象的具体化。可以类比一下，类是蓝图或者模型，用来产生真实的物体（实例）。类还可以派生出相似但有差异的子类。编程中类的概念就应用了很多这样的特征。

　　面向过程的程序设计把计算机程序视为一系列的命令集合，即一组函数的顺序执行。为了简化程序设计，面向过程把函数继续切分为子函数，即把大块函数通过切割成小块函数来降低系统的复杂度。而面向对象的程序设计把计算机程序视为一组对象的集合，而每个对象都可以接收其他对象发过来的消息，并处理这些消息，计算机程序的执行就是一系列消息在各个对象之间传递。

在Python中，所有数据类型都可以视为对象，当然也可以自定义对象。自定义的对象数据类型就是面向对象中的类（Class）的概念。

　　下面是面向对象中的一些概念：

• 类(Class): 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。
• 类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
• 数据成员：类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
• 方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
• 实例变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 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，有这样一个设计：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）。
• 实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。
• 方法：类中定义的函数。
• 对象：通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

定义一个类

　　在 Python 中，类声明与函数声明很相似，头一行用一个相应的关键字class，class之后为类的名称并以冒号结尾，接下来是一个作为它的定义的代码体，如下所示：

class ClassName():
   '类文档字符串信息'   #类描述信息
   class_suite    　　#类结构体

　　基类是一个或多个用于继承的父类的集合；class_suite 类体由所有声明语句，类成员定义，数据属性和函数组成。类通常在一个模块的顶层进行定义，以便类实例能够在类所定义的源代码文件中的任何地方被创建。类的帮助信息可以通过ClassName.__doc__查看。

举例：创建一个员工类

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

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

• empCount变量是一个类变量，它的值将在这个类的所有实例之间共享。你可以在内部类或外部类使用Employee.empCount访问。
• 第一种方法__init__()方法是一种特殊的方法，被称为类的构造函数或初始化方法，当创建了这个类的实例时就会调用该方法

类属性

　　属性就是属于对象的数据或者函数元素,可以通过我们熟悉的句点属性标识法来访问。

类的数据属性(静态变量)

　　数据属性仅仅是所定义的类的变量。它们可以像任何其它变量一样在类创建后被使用，并且，要么是由类中的方法来更新，要么是在主程序其它什么地方被更新。 
　　这种属性已为 OO 程序员所熟悉，即静态变量，或者是静态数据。它们表示这些数据是与它们所属的类对象绑定的，不依赖于任何类实例。

　　静态成员通常仅用来跟踪与类相关的值。

>>> class c(object):
    　　foo = 100
>>> print c.foo
100
>>> c.foo+=1
>>> c.foo
101 

二、由类实例化一个对象

要创建一个类的实例，你可以使用类的名称，并通过__init__方法接受参数。

"创建 Employee 类的第一个对象"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"创建 Employee 类的第二个对象"
emp2 = Employee("Manni", 5000)

三、访问属性

您可以使用点(.)来访问对象的属性。使用如下类的名称访问类变量:

emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

举例：

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

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

"创建 Employee 类的第一个对象"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"创建 Employee 类的第二个对象"
emp2 = Employee("Manni", 5000)
emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

执行以上代码输出结果如下：

Name :  Zara ,Salary:  2000
Name :  Manni ,Salary:  5000
Total Employee 2

你可以添加，删除，修改类的属性，如下所示：

emp1.age = 7  # 添加一个 'age' 属性
emp1.age = 8  # 修改 'age' 属性
del emp1.age  # 删除 'age' 属性

你也可以使用以下函数的方式来访问属性：

• getattr(obj, name[, default]) : 访问对象的属性。
• hasattr(obj,name) : 检查是否存在一个属性。
• setattr(obj,name,value) : 设置一个属性。如果属性不存在，会创建一个新属性。
• delattr(obj, name) : 删除属性。

  hasattr(emp1, 'age')    # 如果存在 'age' 属性返回 True。
  getattr(emp1, 'age')    # 返回 'age' 属性的值
  setattr(emp1, 'age', 8) # 添加属性 'age' 值为 8
  delattr(empl, 'age')    # 删除属性 'age'

四、python内置属性类

• __dict__ : 类的属性（包含一个字典，由类的数据属性组成）
• __doc__ :类的文档字符串
• __name__: 类名
• __module__: 类定义所在的模块（类的全名是'__main__.className'，如果类位于一个导入模块mymod中，那么className.__module__ 等于 mymod）
• __bases__ : 类的所有父类构成元素（包含了以个由所有父类组成的元组）

Python内置类属性调用实例如下：

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

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

print "Employee.__doc__:", Employee.__doc__
print "Employee.__name__:", Employee.__name__
print "Employee.__module__:", Employee.__module__
print "Employee.__bases__:", Employee.__bases__
print "Employee.__dict__:", Employee.__dict__

执行以上代码输出结果如下：

Employee.__doc__: 所有员工的基类
Employee.__name__: Employee
Employee.__module__: __main__
Employee.__bases__: ()
Employee.__dict__: {'__module__': '__main__', 'displayCount': <function displayCount at 0x10a939c80>, 'empCount': 0, 'displayEmployee': <function displayEmployee at 0x10a93caa0>, '__doc__': 'xe6x89x80xe6x9cx89xe5x91x98xe5xb7xa5xe7x9ax84xe5x9fxbaxe7xb1xbb', '__init__': <function __init__ at 0x10a939578>}

下面正式介绍函数的三大特性：封装、继承、多态

五、类的封装

　　面向对象的程序设计中，某个类把所需要的数据（也可以说是类的属性）和对数据的操作（也可以说是类的行为）全部都封装在类中，分别称为类的成员变量和方法（或成员函数）。这种把成员变量和成员函数封装在一起的编程特性称为封装。

六、类的继承

面向对象的编程带来的主要好处之一是代码的重用，实现这种重用的方法之一是通过继承机制。继承完全可以理解成类之间的类型和子类型关系。

需要注意的地方：

继承语法 

class 派生类名（基类名）：//... 基类名写作括号里，基本类是在类定义的时候，在元组之中指明的。

在python中继承中的一些特点：

• 1：在继承中基类的构造（__init__()方法）不会被自动调用，它需要在其派生类的构造中亲自专门调用。
• 2：在调用基类的方法时，需要加上基类的类名前缀，且需要带上self参数变量。区别于在类中调用普通函数时并不需要带上self参数
• 3：Python总是首先查找对应类型的方法，如果它不能在派生类中找到对应的方法，它才开始到基类中逐个查找。（先在本类中查找调用的方法，找不到才去基类中找）。

如果在继承元组中列了一个以上的类，那么它就被称作"多重继承" 。

语法：

派生类的声明，与他们的父类类似，继承的基类跟在类名之后，如下所示：

class SubClassName (ParentClass1[, ParentClass2, ...]):　　　　　　#如果多重（个）继承，不同父类用引号隔开即可
   'Optional class documentation string'
   class_suite
# 子类也叫派生类，父类也叫作基类 
# Python的类可以继承多个类，Java和C#中则只能继承一个类

实例：

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

class Parent:        # 定义父类
   parentAttr = 100
   def __init__(self):
      print "调用父类构造函数"

   def parentMethod(self):
      print '调用父类方法'

   def setAttr(self, attr):
      Parent.parentAttr = attr

   def getAttr(self):
      print "父类属性 :", Parent.parentAttr

class Child(Parent): # 定义子类
   def __init__(self):
      print "调用子类构造方法"

   def childMethod(self):
      print '调用子类方法 child method'

c = Child()          # 实例化子类
c.childMethod()      # 调用子类的方法
c.parentMethod()     # 调用父类方法
c.setAttr(200)       # 再次调用父类的方法
c.getAttr()          # 再次调用父类的方法

以上代码执行结果如下：

调用子类构造方法
调用子类方法 child method
调用父类方法
父类属性 : 200

你可以继承多个类

class A:        # 定义类 A
.....

class B:         # 定义类 B
.....

class C(A, B):   # 继承类 A 和 B
.....

扩展1：新式类和经典类

新式类的由来：随着Python版本的发展，python2.2版本以后引入的关于类的新概念，官方解释：为了统一类(class)和类型(type)。与之相对应的就是经典类。

在2.2之前，比如2.1版本中，类和类型是不同的，如a是ClassA的一个实例，那么a.__class__返回 ‘ class    __main__.ClassA‘ ，type(a)返回总是<type 'instance'>。而引入新类后，比如ClassB是个新类，b是ClassB的实例，b.__class__和type(b)都是返回‘class '__main__.ClassB' ，这样就统一了。

引入新类后，还有其他的好处，比如更多的内置属性将会引入，描述符的引入，属性可以来计算等等。

为了向前兼容，默认情况下用户定义的类为经典类，新类需要继承自所有类的基类 object 或者继承自object的新类。【即只要是能向上追溯到继承自object类，就叫做新式类】

    

class CC:             #经典类
    def __init__( self ):
        pass
 
class CCN(object):    #新类
    def __init__( self ):
        pass 
 
c1 = CC()
c2 = CCN()
 
c1.__class__            # 输出-> <class __main__.CC at 0x0137BF10>
type(c1)                # 输出-> <type 'instance'>
 
c2.__class__            # 输出-><class '__main__.CCN'>
type(c2)                # 输出-><class '__main__.CCN'>
 
dir(c1)

新式类对多重继承的影响：在多重继承中，如果不同父类中拥有相同的方法，在进行方法解析时采用的顺序(mro即method resolution order)是:

• 当类是经典类时，多继承情况下，会按照深度优先方式查找
• 当类是新式类时，多继承情况下，会按照广度优先方式查找

class D:

    def bar(self):
        print 'D.bar'

class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'

class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'

class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> D --> C
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

class D(object):

    def bar(self):
        print 'D.bar'


class C(D):

    def bar(self):
        print 'C.bar'


class B(D):

    def bar(self):
        print 'B.bar'


class A(B, C):

    def bar(self):
        print 'A.bar'

a = A()
# 执行bar方法时
# 首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错
# 所以，查找顺序：A --> B --> C --> D
# 在上述查找bar方法的过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了
a.bar()

经典类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去D类中找，如果D类中么有，则继续去C类中找，如果还是未找到，则报错

新式类：首先去A类中查找，如果A类中没有，则继续去B类中找，如果B类中么有，则继续去C类中找，如果C类中么有，则继续去D类中找，如果还是未找到，则报错

注意：在上述查找过程中，一旦找到，则寻找过程立即中断，便不会再继续找了

六、方法重写

 Pyhon不支持多态并且也用不到多态，多态的概念是应用于Java和C#这一类强类型语言中，而Python崇尚“鸭子类型”。

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法（就是子类中重新定义一个需要重写的在父类中的方法）：

实例：

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

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print '调用父类方法'

class Child(Parent): # 定义子类
   def myMethod(self):
      print '调用子类方法'

c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法

执行以上代码输出结果如下：

调用子类方法　　　　　　　　#这个结果是子类重写后的结果

到此，Python类的基本概念：封装、继承、多态就可理解为这么多，下一篇我们来继续深究Python面向对象编程。