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  • Python --类,实例和访问限制

    与其他编程语言相比,Python的类机制添加了至少具有新语法和语义的类。它是C ++和Modula-3中发现的类机制的混合体。 Python类提供面向对象编程的所有标准功能:类继承机制允许多个基类,派生类可以覆盖其基类或类的任何方法,并且方法可以调用具有相同名称的基类的方法。对象可以包含任意数量和种类的数据。对于模块来说,类的分类是Python的动态特性:它们是在运行时创建的,并且可以在创建后进一步修改。

    在C ++术语中,通常类成员(包括数据成员)是公共的(除了见私有变量和类本地引用),所有成员函数都是虚拟的。和Modula-3一样,从它的方法中引用对象的成员也没有什么不同:方法函数被声明为一个显式的第一个参数,表示该对象,这是由该调用隐式提供的。像Smalltalk一样,课堂本身就是对象。这提供了导入和重命名的语义。与C ++和Modula-3不同,内置类型可以用作用户扩展的基类。此外,像C ++一样,大多数具有特殊语法(运算符,下标等)的内置运算符可以重新定义为类实例。

    (缺少普遍接受的术语来讨论类,我将偶尔使用Smalltalk和C ++术语,我将使用Modula-3术语,因为它的面向对象的语义比C ++更接近Python,但我预计很少读者听说过了。)

    1.在Python中,定义类是通过class关键字:

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

    类名通常是大写开头的单词,紧接着是(object),表示该类是从哪个类继承下来的,继承的概念我们后面再讲,通常,如果没有合适的继承类,就使用object类,这是所有类最终都会继承的类。

    class Student(object):
        pass

    定义好了Student类,就可以根据Student类创建出Student的实例,创建实例是通过类名+()实现的:

    student1 = Student()

    可以自由地给一个实例变量绑定属性,比如,给实例bart绑定一个name属性:

    tudent1.name = 'Bob'
    student1.score = 99
    

     由于类可以起到模板的作用,因此,可以在创建实例的时候,把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法,在创建实例的时候,就把namescore等属性绑上去:

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

     注意到__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在__init__方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。

    有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了,必须传入与__init__方法匹配的参数,但self不需要传,Python解释器自己会把实例变量传进去:

    在类中定义的函数只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量self,并且,调用时,不用传递该参数。除此之外,类的方法和普通函数没有什么区别,所以,你仍然可以用默认参数、可变参数和关键字参数。

    student2 = Student('Jack', 70)
    print student2.name, student2.score
    ---------------------------
    Jack 70
    

    2.数据封装

    面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。在上面的Student类中,每个实例就拥有各自的namescore这些数据。

    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)
    
    
    student2 = Student('Jack', 70)
    print student2.name, student2.score
    
    student2.print_score()
    ------------------------
    Jack--70
    

     既然Student实例本身就拥有这些数据,要访问这些数据,就没有必要从外面的函数去访问,可以直接在Student类的内部定义访问数据的函数,这样,就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和Student类本身是关联起来的,我们称之为类的方法。这样一来,我们从外部看Student类,就只需要知道,创建实例需要给出namescore,而如何打印,都是在Student类的内部定义的,这些数据和逻辑被“封装”起来了,调用很容易,但却不用知道内部实现的细节。

    封装的另一个好处是可以给Student类增加新的方法 

    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)
    
        def get_grade(self):
            if self.score >= 90:
                return 'A'
            elif self.score >= 70:
                return 'B'
            else:
                return 'C'
    
    student2 = Student('Jack', 70)
    print student2.name, student2.score
    
    student2.print_score()
    print student2.get_grade()
    ----------------------------------
    Jack 70
    Jack--70
    B
    

    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.

    3.访问限制

    在Class内部,可以有属性和方法,而外部代码可以通过直接调用实例变量的方法来操作数据,这样,就隐藏了内部的复杂逻辑。

    但是,从前面Student类的定义来看,外部代码还是可以自由地修改一个实例的namescore属性:

    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)
    

    改完后,对于外部代码来说,没什么变动,但是已经无法从外部访问实例变量.__name实例变量.__score了 

    std1 = Student('Mink', 80)
    std1.__name
    ---------------------------------
    Traceback (most recent call last):
         line 320, in <module>
        std1.name
    AttributeError: 'Student' object has no attribute 'name'
    

     如果又要允许外部代码修改score怎么办?可以给Student类增加set_score方法:

    class Student(object):
        ...
    
        def set_score(self, score):
            self.__score = score
    

     原先那种直接通过student2.score = 70也可以修改啊,为什么要定义一个方法大费周折?因为在方法中,可以对参数做检查,避免传入无效的参数:

    class Student(object):
        ...
    
        def set_score(self, score):
            if 0 <= score <= 100:
                self.__score = score
            else:
                raise ValueError('bad 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:但是强烈建议你不要这么干,因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。

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