Python 基础知识----面向对象编程

一、面向对象编程介绍

面向过程编程：

• 核心是过程二字，过程指的是解决问题的步骤，即先做什么再干什么然后干什么。
• 基于该思想编写程序好比在设计一条流水线，是一种机械式的思维方式。
• 优点：复杂的问题流程化、进而简单化
• 缺点：扩展性差

面向对象编程：

• 核心二字是对象，对象是数据值和行为特性的融合体。即造出来什么对象，让这个对象具有做某些事的本领。
• 基于该思想编写程序就好比上帝在创造一个世界，是一种上帝式的思维方式。
• 优点：扩展性强
• 缺点：编程的复杂度要高于面向过程编程
• 应用场景：需求经常变化的软件，一般需求的变化都集中在用户层，互联网应用，企业内部软件，游戏等都是面向对象的程序设计大显身手的好地方

面向对象编程和面向过程编程是一种编程思想。

面向对象的程序设计并不是全部。对于一个软件质量来说，面向对象的程序设计只是用来解决扩展性。

二、类与对象

类即类别、种类，是面向对象设计最重要的概念，对象是特征与技能的结合体，而类则是一系列对象相似的特征与技能的结合体。

在现实世界中：先有对象，再有类

• 对象是具体的存在，而类仅仅只是一个概念，并不真实存在

在程序中：务必保证先定义类，后产生对象

• 这与函数的使用是类似的，先定义函数，后调用函数，类也是一样的，在程序中需要先定义类，后调用类
• 不一样的是，调用函数会执行函数体代码返回的是函数体执行的结果，而调用类会产生对象，返回的是对象

2.1 创建类

Python类使用class关键字来创建。简单地类的声明可以是关键字后紧跟类名：

class ClassName():
    'class documentation string'  # '类文档字符串'
    class_suite  # 类体

类就像一个Python容器类型。

2.2 类属性

• 什么是属性呢？属性就是属于另一个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（也就是  . ）来访问。一些Python类型比如复数有数据属性（实部和虚部），而另外一些，像列表和字典，拥有方法（函数属性）。
• 如果你正访问一个属性时，它同时也是一个对象，拥有它自己的属性，可以访问，这导致了一个属性链
• 类属性仅与其被定义的类相绑定，并且因为实例对象在面向对象编程中用的多。实例数据属性是我们以后将会一直用到的主要数据属性。类数据属性仅当需要有更加‘静态’数据类型时才变得有用，它和任何实例都无关。

静态表示一个值，不会因为函数调用完毕而消失，它在每两个函数调用的间隙都存在。或者说，一个类中的一些数据对所有的实例来说，都是固定的。

2.2.1 类的数据属性

数据属性仅仅是所定义的类的变量。它们可以向任何其他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，要么是在主程序其他什么地方被更新。

这种属性即静态变量，或者是静态数据。它们表示这些数据是他们所属的类对象绑定的，不依赖于任何类实例。

class C():
    foo = 100

print(C.foo)

C.foo = C.foo+1
print(C.foo)

2.2.2 Methods

a.  方法

方法，比如下面，类Student中的choose_course方法，仅仅是一个作为类定义一部分定义的函数（这使得方法称为类属性）。这表示choose_course仅应用在Student类型的对象（实例）上。

这里，choose_course是通过句点属性表示法与它的实例绑定的。

class Student():
    def choose_course(self):
        print('学生正在选课。。。')

zrg = Student()
zrg.choose_course()

任何像函数一样对choose_course自身的调用都将失败：

因为在全局名称空间中没有这样的函数存在。这就告诉你choose_course是一个方法，它表示属于一个类，而不是全局名称空间中的名字。

b. 绑定（绑定与非绑定方法）

没有实例，方法是不能被调用的。这种限制即Python所描述的绑定概念，在此，方法必须绑定（到一个实例）才能直接被调用。非绑定的方法可能可以被调用，但实例对象一定要明确给出，才能确保调用成功。然而，不管是否绑定，方法都是它所在的类的固有属性，即使它们几乎总是通过实例来调用的。

2.2.3 决定类的属性

要知道一个类有哪些属性，有两种方法。最简单的就是使用dir()内置函数。另外就是通过访问类的字典属性__dict__，这是所有类都具备的特殊属性之一。

class Student():     #创建类
    name = 'zrg'      #数据属性（静态数据）
    age = 18
    school = '北京大学'
    
    def choose_course(self):      #方法
        print('学生正在选课。。。')

print(dir(Student))

['__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__', 'age', 'choose_course', 'name', 'school']

print(Student.__dict__)

{'__module__': '__main__', 'name': 'zrg', 'age': 18, 'school': '北京大学', 'choose_course': <function Student.choose_course at 0x102b1c620>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Student' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Student' objects>, '__doc__': None}

从上面可以看出，dir()返回的仅是对象的属性的名字列表，而__dict__返回的是一个字典，它的键(key)是属性名，键值(value)是响应的属性对象的数据值。

2.3 实例

如果说类是一种数据结构定义类型，那么实例则声明了一个这种类型的变量。换言之，实例就是有生命的类。就像设计万一张蓝图后，就是设法让它和成为现实。实例是那些主要用在运行期时的对象，类被实例化得到实例，该实例的类型就是这个被实例化的类。

2.3.1 初始化(实例化)：通过条用类对象来创造实例

class Student():  # 创建类
    name = 'zrg'  # 数据属性（静态数据）

    def choose_course(self):  # 方法
        print('学生正在选课。。。')


obj = Student()      #类名加括号，实例化，创建实例，返回值obj就是一个实例，是一个对象

 2.3.2 __init__() ‘构造器’方法

当类被调用，实例化的第一步是创建实例对象。一旦对象创建了，Python检查是否实现了__init__()方法。默认情况下，如果没有定义(或覆盖)特殊方法__init__()，对实例不会施加任何特别的操作。任何所需的特定操作，都需要程序员实现__init__()，覆盖它的默认行为。如果__init__()没有实现，则返回它的对象，实例化过程完毕。

然而，如果__init__()已经被实现，那么它将被调用，实例对象作为第一个参数(self)被传递进去，像标准方法调用一样。调用类时，传进去的任何参数都交给了__init__()。实际中，你可以想像成这样：把创建实例的调用当成是对构造器的调用。

2.3.3 __new__()

2.3.4 __del__()

2.4 实例属性

实例仅拥有数据属性（方法严格来说是类属性），或者只是与某个类的实例相关联的数据值，并且可以通过句点属性标识法来访问。这些值独立于其它实例或类。当一个实例被释放后，它的属性同时也被清除了。

2.4.1 ‘实例化’实例属性（）

设置实例的属性可以在实例创建后任意时间进行，也可以在能够访问实例的代码中进行。构造器__init__()是设置这些和随行的关键点之一。

能够在‘运行时’创建实例属性，是Python类的优秀特性之一，Python不仅是动态类型，而且在运行时，允许这些对象属性的动态创建。
一个缺陷是，属性在条件语句中创建，如果该条件语句块未被执行，属性也就不存在，而你在后面的代码中试着去访问这些属性，就会发生错误。

1. 在构造器中首先设置实例属性
   1. 构造器是最早可以设置实例属性的地方，因为__init__()是实例创建后第一个被调用的方法。再没有比这更早的可以设置实例属性的机会了。一旦__init__()执行完毕，返回实例对象，即完成了实例化过程。　　
2. 默认参数提供默认的实例安装
   1. 在实际应用中，带默认参数的__init()提供一个有效的方式来初始化实例。在很多情况下，默认值表示设置属性的最常见的情况，如果提供了默认值，我们就没必要显示给构造器传值了。默认参数应当是不变的对象；像列表和字典这样的可变对象可以扮演静态数据，然后在每个方法调用维护它们的内容。　　
3. __init__()应当返回None
   1. 调用类会对象会创建一个实例，也就是说这样一种调用过程返回的对象就是实例。
   2. 如果定义了构造器，它不应当返回任何对象，因为实例对象是自动在实例化调用后返回的。相应的__init__()就不应当返回任何对象(应当为None)；否则，就可能出现冲突，因为只能返回实例。　　

2.4.2 查看实例属性

内置函数dir()可以显示类属性，同样还可以打印所有的实例属性。

class Student():
    school = '北京大学'

    def choose_Course(self):
        print('选课')

student1 = Student()
student1.name = '张仁国'
student1.age = 18
student1.hobby = ['read','swimming','music']
print(dir(student1))

结果：

['__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__', 'age', 'choose_Course', 'hobby', 'name', 'school']

与类相似，实例也有一个__dict__()特殊属性（可以调用vars()并传入一个实例来获取），它是实例属性构成的一个字典。

class Student():
    school = '北京大学'

    def choose_Course(self):
        print('选课')

student1 = Student()

student1.name = '张仁国'
student1.age = 18
student1.hobby = ['read','swimming','music']
print(student1.__dict__)

结果：

__dict__属性由一个字典组成，包含一个实例的所有属性。键是属性名，值是属性对应的数据值。字典中仅有实例属性，没有类属性或特殊属性。

{'name': '张仁国', 'age': 18, 'hobby': ['read', 'swimming', 'music']}

2.4.5 实例属性vs类属性

类属性仅是与类相关的数据值，和实例属性不同。类属性与实例属性无关。这些像静态成员那样被引用，即使在多次实例化中调用类，它们的值都保持不变。不管如何，静态成员不会因为实例而改变它们的值，除非实例中显示改变他们的值（实例属性与类属性的比较，雷诗雨自动变量和静态变量，但这只是笼统的类推。） 

类和实例都是名称空间。类是类属性的名称空间，实例则是实例属性的名称空间。

关于类属性和实例属性，可以采用类来访问类属性，如果实例没有同名的属性的话，也可以用实例来访问。

a、访问类属性

　　类属性可以通过类或实例来访问。Python首先会在实例的名称空间中查找，然后是类，再就是继承书中的基类。

class Student():     #定义类
    school = '北京大学'    #静态成员

zrg = Student()      #实例化
print(Student.school)    #通过类来访问
print(zrg.school)        #通过实例来访问
Student.school = '清华大学'   #通过类（只能这样）来更新
print(Student.school)        #通过类来访问
print(zrg.school)            #通过实例来访问，其值已经被改变了

结果：
北京大学
北京大学
清华大学
清华大学

注意：

　　我们只有当使用类能修改类属性的值！

b、从实例中访问类属性需谨慎

　　与通常Python变量一样，任何对实例属性的赋值都会创建一个实例属性（如果不存在的话）并且对其赋值。如果类属性中存在同名的属性

c、类属性持久化

　　类属性的修改会影响所有的实例。

2.5 绑定和方法调用 

Python中绑定(binding)的概念，它主要与方法调用相关联。

　　首先，方法仅仅是类内部定义的函数（这意味着方法是类属性而不是实例属性）。

　　其次，方法只有在其属的类拥有实例时，才能被调用。当存在一个实例时，方法才被认为是绑定到那个实例了。没有实例时方法就是未绑定的。

　　最后，任何一个方法定义中的第一个参数都是变量self，它表示调用此方法的实例对象。

self变量用于在类实例方法中引用方法所绑定的实例。因为方法的实例在任何方法调用中总是作为第一个参数传递的，self被选中用来代表实例。必须在方法声明中放上self，但可以在方法中不适用实例(self)。如果再方法中国没有用到self，建议创建一个常规函数，除非有特别的原因。毕竟方法代码没有使用实例，没有与类关联其功能，这使得它看起来更像一个常规函数。

2.5.1 调用绑定方法

　　方法，不管绑定与否，都是由相同的代码组成的。唯一的不同在于是否存在一个实例可以调用此方法。在很多情况下，调用的都是一个绑定的方法。

2.5.2 调用非绑定方法

2.6 静态方法和类方法

2.6.1 staticmethod()和classmethod()内奸函数

2.6.2 使用函数修饰符

2.7 组合(让一个类的对象具备一个属性，而这个属性的值是另外一个类的对象)

一个类被定义后，目标就是要把它当成一个模块来使用，并把这些对象嵌入到你的代码中，同其他数据类型及逻辑执行流混合使用。有两种方法可以在你的代码中利用类。第一种是组合（composition）。就是让不同的类混合并加入到其他类中，来增加功能和代码重用性。你可以在一个大点的类中创建你自己的类的实例，实现一些其他属性和方法来增强对原来的类对象。另一种方法是通过派生。

# 父类
class People():
    school = '北京大学'

    def __init__(self, id, name, age, sex, subject):
        self.id = id
        self.age = age
        self.sex = sex
        self.name = name
        self.subject = subject


# 课程类
class Course():
    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price

    def course_info(self):
        msg = """
        课程名：%s
        课程价格:%s
        """%(self.name,self.price)

        print(msg)


# 学生类
class Student(People):
    def __init__(self, id, name, age, sex, subject):
        People.__init__(self, id, name, age, sex, subject)

    def choose_Course(self):
        print('选课')


# 老师类
class Teacher(People):
    def __init__(self, id, name, age, sex, subject, level):
        People.__init__(self, id, name, age, sex, subject)
        self.level = level

    def score(self, stu, num):
        stu.score = num
        print('学生%s的成绩是：%s' % (stu.name, num))


# 课程实例
python = Course('Python全栈开发', 20000)
linux = Course('linux运维', 17000)

# 学生实例
zrg = Student(1, '张仁国', 18, '男', 'Python')
zrg.choose_Course()
# 老师实例
yj = Teacher(1, '杨静', 19, '女', '地理', '高级教师')

# 学生、老师与课程组合
zrg.course = python
yj.course = linux


zrg.course.course_info()
yj.course.course_info()

2.8 子类和派生

面向对象编程的强大功能之一是能够使用一个已经定义好的类，扩展它或者对其进行修改，而不会影响系统中使用现存类的其他代码片段。允许类特征在子孙类或子类中进行继承。这些子类从基类（或成祖先类、超类）继承它们的核心属性。而且，这些派生可能会扩展到多代。在一个层次的派生关系中的相关类（或者是在类树图中垂直相邻）是父类和子类关系。从同一个父类派生出来的这些类（或者是在类树图中水平相邻）是同胞关系。父类和所有高层类都被认为是祖先。

2.9 继承

什么是继承？

　　继承是一种新建类的方式，新建的类称为子类，被继承的类称为父类

　　继承的特性是：子类会继承父类的属性

为什么用继承？

　　继承的好处就是可以减少代码的冗余

如何用继承？

class Parent():    #父类
    pass


class Children(Parent):   #子类
    pass

经典类与新式类

1.只有在python2中才分新式类和经典类，python3中统一都是新式类
2.在python2中，没有显式的继承object类的类，以及该类的子类，都是经典类
3.在python2中，显式地声明继承object的类，以及该类的子类，都是新式类
3.在python3中，无论是否继承object，都默认继承object，即python3中所有类均为新式类

2.9.1 __bases__类属性

对任何（子）类，它是一个包含其父类的集合的元组。

class Parent1():    #父类
    pass
class Parent2():
    pass

class Children(Parent1,Parent2):   #子类
    pass

print(Parent1.__bases__)
print(Parent2.__bases__)
print(Children.__bases__)

(<class 'object'>,)
(<class 'object'>,)
(<class '__main__.Parent1'>, <class '__main__.Parent2'>)

注意：父类是相对所有基类（它包括了所有祖先类）而言的。那些没有父类的类，它们的__bases__属性为空。

2.9.2 通过继承覆盖方法

2.9.3 

2.9.4 多重继承

Python允许子类继承多个基类。这种特性就是通常所说的多重继承。概念容易，但最难的工作是，如何正确找到没有在当前（子）类定义的属性。当使用多重继承时，有两个不同的方面要记住。首先，还是要找到合适的属性。另一个就是当你重写方法时，如何调用对应父类方法以发挥他们的作用，同时，在子类中处理好自己的义务。

1、方法解释顺序

2、简单属性查找示例

为了实现继承,python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。
而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。我们不去深究这个算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表并遵循如下三条准则:
1.子类会先于父类被检查
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
3.如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类

3、菱形效应引起MRO问题

4、总结

方式一：知名道姓，直接用父类名.函数名。与继承无关
class Teacher(People):
    def __init__(self, id, name, age, sex, subject, level):
        People.__init__(self, id, name, age, sex, subject)
        self.level = level

方式二：严格依赖继承属性查找关系
super()会得到一个特殊的对象，该对象就是专门用来访问父类中的属性的（按继承的关系来查找属性）
class Teacher(People):
    def __init__(self, id, name, age, sex, subject, level):
        super().__init__(id, name, age, sex, subject)
        self.level = level

2.10 类、实例和其他对象的内置函数

多态和多态性 

什么是多态？

　　多态指的是同一种事物的多种形态。 

为何要用多态？

　　多态性：继承同一个类的多个子类中有相同的方法名，那么子类产生的对象就可以不用考虑具体的类型而直接调用功能。

如何用？

 鸭子类型

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