《零基礎入門學習Python》(36)--類和物件:面向物件程式設計的相關知識
前言
Python3 面向物件
Python從設計之初就已經是一門面向物件的語言,正因為如此,在Python中建立一個類和物件是很容易的。本章節我們將詳細介紹Python的面向物件程式設計。
如果你以前沒有接觸過面向物件的程式語言,那你可能需要先了解一些面嚮物件語言的一些基本特徵,在頭腦裡頭形成一個基本的面向物件的概念,這樣有助於你更容易的學習Python的面向物件程式設計。
接下來我們先來簡單的瞭解下面向物件的一些基本特徵。 a
面向物件技術簡介
- 類(Class): 用來描述具有相同的屬性和方法的物件的集合。它定義了該集合中每個物件所共有的屬性和方法。物件是類的例項。
- 方法:類中定義的函式。
- 類變數:類變數在整個例項化的物件中是公用的。類變數定義在類中且在函式體之外。類變數通常不作為例項變數使用。
- 例項變數:定義在方法中的變數,只作用於當前例項的類。
- 資料成員:類變數或者例項變數用於處理類及其例項物件的相關的資料。
- 方法重寫:如果從父類繼承的方法不能滿足子類的需求,可以對其進行改寫,這個過程叫方法的覆蓋(override),也稱為方法的重寫。
- 繼承:即一個派生類(derived class)繼承基類(base class)的欄位和方法。繼承也允許把一個派生類的物件作為一個基類物件對待。
- 例項化:建立一個類的例項,類的具體物件。
- 物件:通過類定義的資料結構例項。物件包括兩個資料成員(類變數和例項變數)和方法。
- 和其它程式語言相比,Python 在儘可能不增加新的語法和語義的情況下加入了類機制。
- Python中的類提供了面向物件程式設計的所有基本功能:類的繼承機制允許多個基類,派生類可以覆蓋基類中的任何方法,方法中可以呼叫基類中的同名方法。
- 物件可以包含任意數量和型別的資料。
類物件
- 類物件支援兩種操作:
屬性引用
和例項化
。 - 屬性引用使用和 Python 中所有的屬性引用一樣的標準語法:
obj.name
。 - 類物件建立後,類名稱空間中所有的命名都是有效屬性名。所以如果類定義是這樣:
# 一個簡單的類例項 class Myclass: # 屬性: i = 12345 # 方法: def f(self): return 'hello world' # 例項化類 x = Myclass() # 訪問 print('Myclass 類的屬性 i 為:',x.i) print('Myclass 類的方法 f 輸出為:',x.f())
以上建立了一個新的類例項並將該物件賦給區域性變數 x,x 為空的物件。
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Myclass 類的屬性 i 為: 12345
Myclass 類的方法 f 輸出為: hello world
很多類都傾向於將物件建立為有初始狀態的。因此類可能會定義一個__int__()
的特殊方法(構造方法)(切記是兩個下橫線),像下面這樣:
def __init__(self):
self.data = []
類定義了__init__()方法
的話,類的例項化操作會自動呼叫__init()
方法。所以在下例中,可以建立一個新的例項:
class Complex:
def __init__(self,realpart,imagpart):
self.r = realpart
self.i = imagpart
x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r,x.i)
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
3.0 -4.5
self代表類的例項,而非類
類的方法與普通的函式只有一個特別的區別:
它們必須有一個額外的第一個引數名稱, 按照慣例它的名稱是 self
class Test:
def prt(self):
print(self)
print(self.__class__)
t = Test()
t.prt()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x038B8170>
<class '__main__.Test'>
從執行結果可以很明顯的看出,self代表的是類的例項,代表當前物件的地址,而self.__class__
則指向類。
self不是python關鍵字,把他換成其他關鍵字也是可以正常執行的:
class Test:
def prt(zz):
print(zz)
print(zz.__class__)
t = Test()
t.prt()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x03807190>
<class '__main__.Test'>
類的方法
在類的內部,使用def
關鍵字來定義一個方法,與一般函式定義不同,類方法必須包含引數self
,且為第一個引數,self
代表的是類的例項。
class People:
# 定義基本屬性
name = ''
age = 0
# 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
__weight = 0
# 定義構造方法
def __init__(self,n,a,w):
self.name = n
self.age = a
self.__weight = w
def speak(self):
print('%s 說:我 %d 歲。' % (self.name,self.age))
# 例項化類1
p = People('小明',10,30)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 說:我 10 歲。
# 例項化類2
p = People('小明',10)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
File "D:/python/fish.py", line 16, in <module>
p = People('小明',10)
TypeError: __init__() missing 1 required positional argument: 'w'
繼承
Python同樣支援類的繼承,如果一種語言不支援繼承,類就沒有什麼意義。派生類的定義如下所示:
class DerivedClassName(BaseClassName1):
<statement-1>
.
.
.
<statement-N>
需要注意圓括號中基類的順序,若是基類中有相同的方法名,而在子類使用時未指定,Python從左至右搜尋,即方法在子類中未找到時,從左到右查詢基類中是否包含方法。
BaseClassName(示例中的基類名)必須與派生類定義在一個作用域內。除了類,還可以用表示式,基類定義在另一個模組中時這一點非常有用:
class DerivedClassName(modname.BaseClassName)
# 類定義
class People:
# 定義基本屬性
name = ''
age = 0
# 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
__weight = 0
# 定義構造方法
def __init__(self,n,a,w):
self.name = n
self.age = a
self.__weight = w
def speak(self):
print('%s 說:我 %d 歲。' % (self.name,self.age))
# 單繼承示例
class Student(People):
grade = ''
def __init__(self,n,a,w,g):
# 呼叫父類的構造方法
People.__init__(self,n,a,w)
self.grade = g
# 覆寫父類的方法
def speak(self):
print('%s 說:我 %d 歲,我在讀 %d 年級' % (self.name, self.age,self.grade))
s = Student('小明',10,60,3)
s.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 說:我 10 歲,我在讀 3 年級
多繼承
Python同樣有限的支援多繼承形式。多繼承的類定義如下例:
class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
<statement-1>
.
.
.
<statement-N>
需要注意圓括號中父類的順序,若是父類中有相同的方法名,而在子類使用時未指定,python從左至右搜尋 即方法在子類中未找到時,從左到右查詢父類中是否包含方法。
# 類定義
class People:
# 定義基本屬性
name = ''
age = 0
# 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
__weight = 0
# 定義構造方法
def __init__(self,n,a,w):
self.name = n
self.age = a
self.__weight = w
def speak(self):
print('%s 說:我 %d 歲。' % (self.name,self.age))
# 單繼承示例
class Student(People):
grade = ''
def __init__(self,n,a,w,g):
# 呼叫父類的構造方法
People.__init__(self,n,a,w)
self.grade = g
# 覆寫父類的方法
def speak(self):
print('%s 說:我 %d 歲,我在讀 %d 年級' % (self.name, self.age,self.grade))
# 另一個類,多繼承之前的準備
class Speaker():
topic = ''
name = ''
def __init__(self,n,t):
self.name = n
self.topic = t
def speak(self):
print("我叫 %s,我是一個演說家,我演講的主題是 %s" % (self.name, self.topic))
# 多重繼承
class Sample(Speaker,Student):
a = ''
def __init__(self,n,a,w,g,t):
Student.__init__(self,n,a,w,g)
Speaker.__init__(self,n,t)
test = Sample('小明',25,80,4,'Python')
test.speak() #方法名相同,預設呼叫的是在括號中排前的父類的方法
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我叫 小明,我是一個演說家,我演講的主題是 Python
方法重寫
如果你的父類方法的功能不能滿足你的需求,你可以在子類重寫你父類的方法,例項如下:
# 定義父類
class Parent:
def mymethod(self):
print('我是父類方法')
# 定義子類
class Child(Parent):
def mymethod(self):
print('我是子類方法')
# 子類例項化
c = Child()
# 子類呼叫重寫方法
c.mymethod()
# 用子類物件呼叫父類已被覆蓋的方法
super(Child,c).mymethod() #super() 函式是用於呼叫父類(超類)的一個方法。
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我是子類方法
我是父類方法
類屬性與方法
類的私有屬性
__private_attrs:兩個下劃線開頭,宣告該屬性為私有,不能在類地外部被使用或直接訪問。在類內部的方法中使用時 self.__private_attrs。
類的方法
在類地內部,使用 def 關鍵字來定義一個方法,與一般函式定義不同,類方法必須包含引數 self,且為第一個引數,self 代表的是類的例項。
類的私有方法
__private_method:兩個下劃線開頭,宣告該方法為私有方法,只能在類的內部呼叫 ,不能在類地外部呼叫。self.__private_methods
類的私有屬性示例如下
class JustCounter:
__secretCount = 0 # 私有屬性
publicCount = 0 # 公開屬性
def count(self):
self.__secretCount += 1
self.publicCount += 1
print(self.__secretCount)
counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print(counter.publicCount)
print(counter.__secretCount) #報錯,例項不能訪問私有變數
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
1
2
2
Traceback (most recent call last):
File "D:/python/fish.py", line 18, in <module>
print(counter.__secretCount) #報錯,例項不能訪問私有變數
AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'
類的私有方法示例如下
class Site:
def __init__(self,name,url):
self.name = name #public
self.__url = url #private
def who(self):
print('name : ',self.name)
print('url :',self.__url)
def __foo(self): #私有方法
print('這是私有方法')
def foo(self): #公有方法
print('這是公有方法')
self.__foo()
x = Site('我的部落格','xxxxx')
x.who()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
name : 我的部落格
url : xxxxx
x._foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
File "D:/python/fish.py", line 20, in <module>
x._foo()
AttributeError: 'Site' object has no attribute '_foo'
x.foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
這是公有方法
這是私有方法
類的專有方法
- __init__ : 建構函式,在生成物件時呼叫
- __del__ : 解構函式,釋放物件時使用
- __repr__: 列印,轉換
- __setitem__ : 按照索引賦值
- __getitem__: 按照索引獲取值
- __len__: 獲得長度
- __cmp__: 比較運算
- __call__: 函式呼叫
- __add__: 加運算
- __sub__: 減運算
- __mul__: 乘運算
- __div__: 除運算
- __mod__: 求餘運算
- __pow__: 乘方
運算子過載
Python同樣支援運算子過載,我們可以對類的專有方法進行過載,示例如下:
class Vector:
def __init__(self,a,b):
self.a = a
self.b = b
def __str__(self):
return 'Vector(%d,%d)' % (self.a,self.b)
def __add__(self, other):
return Vector(self.a + other.a,self.b + other.b)
v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print(v1 + v2)
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Vector(7,8)
課後習題
測試題
- 物件中的屬性和方法,在程式設計中實際是什麼?
變數(屬性)和函式(方法)
- 類和物件是什麼關係呢?
類和物件的關係就如同模具和用這個模具製作出的物品之間的關係。
一個類為它的全部物件給出了一個統一的定義,而他的每個物件則是符合這種定義的一個實體,
因此類和物件的關係就是抽象和具體的關係。
- 如果我們定義了一個
貓
類,那你能想象出由貓
類例項化的物件有哪些?
叮噹貓,咖啡貓,Tom,Hello Kitty
- 類的定義有些時候或許不那麼“擬物”,有時候會抽象一些,例如我們定義個矩形類,那你會為為此新增哪些屬性和方法呢?
屬性可以是長和寬,方法可以是計算周長、面積等
- 屬性可以是長和寬,方法可以是計算周長、面積等
正確的做法是應該儘可能的抽象,因為這樣更符合面向物件的思維。
- 請用一句話概括面向物件的幾個特徵?
封裝:對外部隱藏物件的工作細節
繼承:子類自動共享父類之間資料和方法的機制
多型:可以對不同類的物件呼叫相同的方法,產生不同的結果
- 函式和方法有什麼區別?
方法預設有一個self引數。
動動手
- 按照以下提示嘗試定義一個Person類並生成類例項物件。 屬性:姓名(預設姓名為’小甲魚’) 方法:列印姓名 提示:方法中對屬性的引用形式需加上self,如self.name
class Person:
name = '小甲魚'
def printName(self):
print(self.name)
a = Person()
a.printName()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小甲魚
- 按照以下提示嘗試定義一個矩形類並生成類例項物件。
屬性:長和寬
方法:設定長和寬->setRect(self),獲得長和寬->getRect(self),獲得面積->getArea(self)
提示:方法中對屬性的引用形式需加上self,如self.name
>>> class Rectangle:
length = 5
width = 4
def setRect(self):
print('請輸入矩形的長和寬...')
self.length = float(input('長:'))
self.width = float(input('寬:'))
def getRect(self):
print('這個矩形的長是: %.2f, 寬是: %.2f' % (self.length,self.width))
def getArea(self):
return self.length * self.width
>>> a = Rectangle()
>>> a.getRect()
這個矩形的長是: 5.00, 寬是: 4.00
>>> a.setRect()
請輸入矩形的長和寬...
長:5
寬:6
>>> a.getRect()
這個矩形的長是: 5.00, 寬是: 6.00
>>> a.getArea()
30.0