Python基础学习总结(七）

9.类

　　面对对象编程Object Oriented Programming，简称OOP。

　　面向对象编程是最有效的软件编写方法之一。在面向对象编程中，你编写表示现实世界中的事物和情景的类，并基于这些类来创建对象。编写类时，你定义一大类对象都有的通用行为。基于类创建对象时，每个对象都自动具备这种通用行为，然后可根据需要赋予每个对象独特的个性。

　　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。

　　根据类来创建对象被称为实例化。面向对象的抽象程度又比函数要高，因为一个Class既包含数据，又包含操作数据的方法。

9.1创建和使用类

　　在Python中，首字母大写的名称指的是类。这个类定义中的括号是空的，因为我们要从空白创建这个类。我们编写了一个文档字符串，对这个类的功能作了描述。类中的函数称为方法。

　　以Student类为例，在Python中，定义类是通过class关键字：

class Student(object):
    pass

　　class后面紧接着是类名，即Student，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，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。

9.1.1创建类

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

　　1.方法__init__() 是一个特殊的方法，创建新实例时，Python都会自动运行它。开头和末尾各有两个下划线，这是一种约定，旨在避免Python默认方法与普通方法发生名称冲突。这个方法的定义中，形参self 必不可少，还必须位于其他形参的前面。

　　2.每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self ，它是一个指向实例本身的引用，让实例能够访问类中的属性和方法。self 会自动传递，因此我们不需要传递它。

　　3.以self 为前缀的变量都可供类中的所有方法使用，我们还可以通过类的任何实例来访问这些变量。

　　4.self.name= name像这样可通过实例访问的变量称为属性

　　5.面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。可以直接在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.

9.1.2根据类创建实例

　　我们通常可以认为首字母大写的名称（如Dog ）指的是类，而小写的名称（如my_dog ）指的是根据类创建的实例。

　　1、要访问实例的属性，可使用句点表示法，我们编写了如下代码来访问my_dog 的属性name 的值。

　　my_dog.name  ， 句点表示法在Python中很常用，这种语法演示了Python如何获悉属性的值。

　　2、根据Dog 类创建实例后，就可以使用句点表示法来调用Dog 类中定义的任何方法。

　　3、可按需求根据类创建任意数量的实例。

9.2使用类和实例

　　1.你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性，也可以编写方法以特定的方式进行修改。

　　2.类是创建实例的模板，而实例则是一个个具体的对象，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。

9.2.1给类设定初始值

      类中的每个属性都必须有初始值，哪怕这个值是0或空字符串。在有些情况下，如设置默认值时，在方法__init__() 内指定这种初始值是可行的；如果你对某个属性这样做了，就无需包含为它提供初始值的形参。

直接在class中定义属性，这种属性是类属性：

class Student(object):
    name = 'Student'

　　在编写程序的时候，千万不要把实例属性和类属性使用相同的名字，因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性，但是当你删除实例属性后，再使用相同的名称，访问到的将是类属性。

9.2.2修改属性的值

　　可以以三种不同的方式修改属性的值：

　　1.直接通过实例进行修改；

　　2.通过方法进行设置；

　　3.通过方法进行递增（增加特定的值）。

9.2.3访问限制

　　1.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。

　　2.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。

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))

　　3.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和实例变量.__score了：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.__name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

　　4.这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。但是如果外部代码要获取name和score，可以给Student类增加get_name和get_score这样的方法：

class Student(object):
    ...
    def get_name(self):
        return self.__name
 
    def get_score(self):
        return self.__score

　　5.如果又要允许外部代码修改score，可以再给Student类增加set_score方法：

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

　　6.和原来直接调用参数相比，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')

　　7.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”。

　　8.双下划线开头的实例变量也不是一定不能从外部访问。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。

9.3继承

　　1.如果一个类似另一个类的特殊版本，可以使用继承，一个类继承另一个类它将自动获取另一个类的所有属性和方法。原有的类为父类，新类为子类。

　　2.子类继承父类所有的属性和方法，还可以定义自己的属于和方法。在OOP程序设计中，当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的class继承，新的class称为子类（Subclass），而被继承的class称为基类、父类或超类（Base class、Super class）。

class Dog(Animal):  #继承Animal
    pass

9.3.1子类的方法__init__()

　　1.继承需要给父类的所有属性赋值，子类的__init__()需要父类施以援手。

　　2.并且父类必须在继承文件中，在子类之前。

　　3.定义子类时，必须在括号中指定父类的名称。

　　4.super()特殊函数，帮助python将父类和子类并联起来。父类也称超类，super的由来。

9.3.2定义子类的方法和属性

　　让一个类继承一个类后。可添加区别子类和父类的属性和方法。

9.3.3重写父类

　　对应父类的方法，只有不符合子类的需要都可以重写，在子类中添加新的方法描述子类的特点。去父类的去其糟怕取其精华。

9.3.4多态

　　1.当子类和父类都存在相同的方法时，我们说，子类覆盖了父类的方法，在代码运行的时候，总是会调用子类的方法。这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态

　　2.所以，在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行。

　　3.多态的好处是，当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise……时，我们只需要接收Animal类型就可以了，因为Dog、Cat、Tortoise……都是Animal类型，然后，按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法，因此，传入的任意类型，只要是Animal类或者子类，就会自动调用实际类型的run()方法，这就是多态的意思。

　　4.对于一个变量，我们只需要知道它是Animal类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用run()方法，而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Animal的子类时，只要确保run()方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：

• 对扩展开放：允许新增Animal子类；
• 对修改封闭：不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。

9.3.5使用__slots__

　　为了达到限制的目的，Python允许在定义class的时候，定义一个特殊的__slots__变量，来限制该class实例能添加的属性。

class Student(object):
    __slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称

　　使用__slots__要注意，__slots__定义的属性仅对当前类实例起作用，对继承的子类是不起作用的。

9.3.6多重继承

　　1.通过多重继承，一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。

　　2.设计类的继承关系时，通常，主线都是单一继承下来的，例如，Ostrich（鸵鸟）继承自Bird。但是，如果需要“混入”额外的功能，通过多重继承就可以实现，比如，让Ostrich除了继承自Bird外，再同时继承Runnable。这种设计通常称之为MixIn。MixIn的目的就是给一个类增加多个功能，这样，在设计类的时候，我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能，而不是设计多层次的复杂的继承关系。

　　3.这样我们就不需要复杂而庞大的继承链，只要选择组合不同的类的功能，就可以快速构造出所需的子类。由于Python允许使用多重继承，因此，MixIn就是一种常见的设计。只允许单一继承的语言（如Java）不能使用MixIn的设计。

9.3.7定制类

　　1.Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数，可以帮助我们定制类。

　　__str__

　　定义好__str__()方法，可以返回一个好看的字符串就：

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...     def __str__(self):
...         return 'Student object (name: %s)' % self.name
...
>>> print(Student('Michael'))
Student object (name: Michael)

　　这样打印出来的实例，不但好看，而且容易看出实例内部重要的数据。

　　直接敲变量不用print，打印出来的实例还是不好看：

>>> s = Student('Michael')
>>> s
<__main__.Student object at 0x109afb310>

　　这是因为直接显示变量调用的不是__str__()，而是__repr__()，两者的区别是__str__()返回对用户友好的字符串，而__repr__()返回对程序员开发者友好的字符串，也就是说，__repr__()是为调试服务的。

　　解决办法是再定义一个__repr__()。但是通常__str__()和__repr__()代码都是一样的，所以，有个偷懒的写法：

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return 'Student object (name=%s)' % self.name
    __repr__ = __str__

　　__iter__

　　如果一个类想被用于for ... in循环，类似list或tuple那样，就必须实现一个__iter__()方法，该方法返回一个迭代对象，然后，Python的for循环就会不断调用该迭代对象的__next__()方法拿到循环的下一个值，直到遇到StopIteration错误时退出循环。

我们以斐波那契数列为例，写一个Fib类，可以作用于for循环：

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a，b

    def __iter__(self):
        return self # 实例本身就是迭代对象，故返回自己

    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
        if self.a > 100000: # 退出循环的条件
            raise StopIteration()
        return self.a # 返回下一个值

　　现在，试试把Fib实例作用于for循环：

>>> for n in Fib():
...     print(n)
...
1
1
2
3
5
...
46368
75025

　　__getitem__

　　Fib实例虽然能作用于for循环，看起来和list有点像，但是，把它当成list来使用还是不行，比如，取第5个元素：

>>> Fib()[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'Fib' object does not support indexing

　　要表现得像list那样按照下标取出元素，需要实现__getitem__()方法：

class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        a, b = 1, 1
        for x in range(n):
            a, b = b, a + b
        return a

　　__getattr__

　　Python还有另一个机制，那就是写一个__getattr__()方法，动态返回一个属性。当调用不存在的属性时，比如score，Python解释器会试图调用__getattr__(self, 'score')来尝试获得属性，这样，我们就有机会返回score的值。已有的属性，比如name，不会在__getattr__中查找。

　　__call__

　　1.任何类，只需要定义一个__call__()方法，就可以直接对实例进行调用。

　　2.通过callable()函数，我们就可以判断一个对象是否是“可调用”对象。

9.3.8枚举类

　　为这样的枚举类型定义一个class类型，然后，每个常量都是class的一个唯一实例。Python提供了Enum类来实现这个功能：

from enum import Enum
Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'))

9.3.9元类

　　type()

　　要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数：

1. class的名称；
2. 继承的父类集合，注意Python支持多重继承，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法，加个逗号；
3. class的方法名称与函数绑定，这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。

　　metaclass

　　metaclass，直译为元类，简单的解释就是：当我们定义了类以后，就可以根据这个类创建出实例，所以：先定义类，然后创建实例。但是如果我们想创建出类呢？那就必须根据metaclass创建出类，所以：先定义metaclass，然后创建类。连接起来就是：先定义metaclass，就可以创建类，最后创建实例。

__new__()方法接收到的参数依次是：

1. 当前准备创建的类的对象；
2. 类的名字；
3. 类继承的父类集合；
4. 类的方法集合。

9.3.10将实例用作属性

　　使用代码模拟实物时，当你添加越来越多的特点和细节是，会发现属性和方法以及代码文件都越来越长，这时候可以把其中一部分分离，重新组成一个类。可以将一个大类分成许多小类。

9.3.11模拟实物

　　模拟较复杂的实物，需要从较高的逻辑层次考虑。为了编写效率更高，更简洁准确的代码，可能需要不停的重组类。

9.4导入类

　　1.随着不断对类的添加，即使很优秀的继承也会是代码变得很长，所以python可以让你把类导入模块。并在主程序中导入使用所需要的模块。

　　2.为自己的每个模块写文档字符串，说明模块的作用，对内容进行简要叙述。

　　3.从一个模块导入多个类，用逗号隔开，并根据自己的需要创建实例。

　　4.也可以导入整个类，并在实例前加上类名，和访问需要的类。

　　5.在一个模块中导入另一个模块。

9.5python标准库（模块）

　　Python标准库是一组模块，只需要import语句就可以导入使用。

　　字典让你把信息关联起来，但不记录你添加键值对的顺序，要创建字典并记录添加键值对的顺序，可使用模块collections中的orderedDict类。OrderedDict的实例和字典一样，不过记录了添加键值对的添加顺序。

　　OrderdDict很不错，兼具列表和字典的特点，有时候很需要。

　　random模块

　　包含各种方式生成随机数的函数。其中randint()返回一个位于指定范围内的整数。

　　datetime是模块

　　datetime模块还包含一个datetime类，通过from datetime import datetime导入的才是datetime这个类。如果仅导入import datetime，则必须引用全名datetime.datetime。

　　datetime.now()返回当前日期和时间，其类型是datetime。

　　常用的第三方库

　　还有MySQL的驱动：mysql-connector-python，用于科学计算的NumPy库：numpy，用于生成文本的模板工具Jinja2，等等。

　　1.urlparse 模块，urlpasrse 模块提供了一些基本功能，用于处理 URL 字符串。这些功能包括 urlparse()、 urlunparse()和 urljoin()。

　　2.urlparse()将 urlstr 解析成一个 6 元组（prot_sch, net_loc, path, params, query, frag）。前面已 经描述了这里的每个组件。

　　3.urlunparse()的功能与 urlpase()完全相反，其将经 urlparse()处理的 URL 生成 urltup 这个 6 元组(prot_sch, net_loc, path, params, query, frag)，拼接成 URL 并返回。

　　4.urllib 模块提供了许多函数，可用于从指定 URL 下载数据，同时也可以对字符串进行编 码、解码工作，以便在 URL 中以正确的形式显示出来。下面将要介绍的函数包括 urlopen()、 urlretrieve()、quote()、unquote()、quote_plus()、unquote_plus()和 urlencode()。

　　5.urlopen()打开一个给定 URL 字符串表示的 Web 连接，并返回文件类型的对象。

　　6.urlretrieve()不是用来以文件的形式访问并打开 URL，而是用于下载完整的 HTML，把另存为文件。

9.6类编码风格

　　熟悉与类相关的编码风格，当程序复杂时更应该这样。

　　1.类名应采用驼峰命名法，即类的首字母大写，不含下划线，而实例名和模块名都首字母小写，并用下划线连接单词。

　　2.在每个类定义后面添加文档字符串说明，简要描述类的功能作用，并且在每个模块下面都要添加文档字符串说明，对模块下的类可以做什么进行简要说明。

　　3.用空行来组织代码，但不要滥用，在类中可用一个空行分隔方法，用两个空行分隔类。

　　4.需要同时导入标准库中的模块和自己编写的模块时，先编写导入标准库模块的import语句，用一个空行隔开，在导入自己编写的模块import语句。在包含多个import语句时，可以让人容易弄明白程序中各个模块的由来。