Python3 面向对象

Python 从设计之初就是一门面向对象的语言,正因为如此,在 Python 中创建一个类和对象是很容易的。本章节我们将详细介绍 Python 的面向对象编程。

如果你以前没有接触过面向对象的编程语言,那你可能需要先了解一些面向对象语言的一些基本特征,在头脑里头形成一个基本的面向对象的概念,这样有助于你更容易的学习 Python 的面向对象编程。

接下来我们先来简单的了解下面向对象的一些基本特征。


Python3 面向对象技术简介

  • 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。
  • 局部变量:定义在方法中的变量,只作用于当前实例的类。
  • 实例变量:在类的声明中,属性是用变量来表示的。这种变量就称为实例变量,是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。
  • 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。

和其它编程语言相比,Python 在尽可能不增加新的语法和语义的情况下加入了类机制。

Python 中的类提供了面向对象编程的所有基本功能:类的继承机制允许多个基类,派生类可以覆盖基类中的任何方法,方法中可以调用基类中的同名方法。

对象可以包含任意数量和类型的数据。

类定义

语法格式如下:

  1. class ClassName:
  2. <statement-1>
  3. .
  4. .
  5. .
  6. <statement-N>

类实例化后,可以使用其属性,实际上,创建一个类之后,可以通过类名访问其属性。

类对象

类对象支持两种操作:属性引用和实例化。

属性引用使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法:obj.name

类对象创建后,类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

  1. #!/usr/bin/python3
  2. class MyClass:
  3. """一个简单的类实例"""
  4. i = 12345
  5. def f(self):
  6. return 'hello world'
  7. # 实例化类
  8. x = MyClass()
  9. # 访问类的属性和方法
  10. print("MyClass 类的属性 i 为:", x.i)
  11. print("MyClass 类的方法 f 输出为:", x.f())

实例化类:

  1. # 实例化类
  2. x = MyClass()
  3. # 访问类的属性和方法

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x,x 为空的对象。

执行以上程序输出结果为:

  1. MyClass 类的属性 i 为: 12345
  2. MyClass 类的方法 f 输出为: hello world

很多类都倾向于将对象创建为有初始状态的。因此类可能会定义一个名为 init() 的特殊方法(构造方法),像下面这样:

  1. def __init__(self):
  2. self.data = []

类定义了 init() 方法的话,类的实例化操作会自动调用 init() 方法。所以在下例中,可以这样创建一个新的实例:

  1. x = MyClass()

当然, init() 方法可以有参数,参数通过 init() 传递到类的实例化操作上。例如:

  1. >>> class Complex:
  2. ... def __init__(self, realpart, imagpart):
  3. ... self.r = realpart
  4. ... self.i = imagpart
  5. ...
  6. >>> x = Complex(3.0, -4.5)
  7. >>> x.r, x.i
  8. (3.0, -4.5)

类的方法

在类的内部,使用 def 关键字可以为类定义一个方法,与一般函数定义不同,类方法必须包含参数 self,且为第一个参数:

  1. #!/usr/bin/python3
  2. #类定义
  3. class people:
  4. #定义基本属性
  5. name = ''
  6. age = 0
  7. #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  8. __weight = 0
  9. #定义构造方法
  10. def __init__(self,n,a,w):
  11. self.name = n
  12. self.age = a
  13. self.__weight = w
  14. def speak(self):
  15. print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  16. # 实例化类
  17. p = people('Python3',10,30)
  18. p.speak()

执行以上程序输出结果为:

  1. Python3 说: 10 岁。

继承

Python 同样支持类的继承,如果一种语言不支持继承,类就没有什么意义。派生类的定义如下所示:

  1. class DerivedClassName(BaseClassName1):
  2. <statement-1>
  3. .
  4. .
  5. .
  6. <statement-N>

需要注意圆括号中基类的顺序,若是基类中有相同的方法名,而在子类使用时未指定,Python 从左至右搜索 即方法在子类中未找到时,从左到右查找基类中是否包含方法。

BaseClassName(示例中的基类名)必须与派生类定义在一个作用域内。除了类,还可以用表达式,基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:

  1. class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

实例

  1. #!/usr/bin/python3
  2. #类定义
  3. class people:
  4. #定义基本属性
  5. name = ''
  6. age = 0
  7. #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  8. __weight = 0
  9. #定义构造方法
  10. def __init__(self,n,a,w):
  11. self.name = n
  12. self.age = a
  13. self.__weight = w
  14. def speak(self):
  15. print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  16. #单继承示例
  17. class student(people):
  18. grade = ''
  19. def __init__(self,n,a,w,g):
  20. #调用父类的构函
  21. people.__init__(self,n,a,w)
  22. self.grade = g
  23. #覆写父类的方法
  24. def speak(self):
  25. print("%s 说: 我 %d 岁了,我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
  26. s = student('ken',10,60,3)
  27. s.speak()

执行以上程序输出结果为:

  1. ken 说: 10 岁了,我在读 3 年级

多继承

Python 同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

  1. class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
  2. <statement-1>
  3. .
  4. .
  5. .
  6. <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序,若是父类中有相同的方法名,而在子类使用时未指定,Python 从左至右搜索 即方法在子类中未找到时,从左到右查找父类中是否包含方法。

  1. #!/usr/bin/python3
  2. #类定义
  3. class people:
  4. #定义基本属性
  5. name = ''
  6. age = 0
  7. #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  8. __weight = 0
  9. #定义构造方法
  10. def __init__(self,n,a,w):
  11. self.name = n
  12. self.age = a
  13. self.__weight = w
  14. def speak(self):
  15. print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  16. #单继承示例
  17. class student(people):
  18. grade = ''
  19. def __init__(self,n,a,w,g):
  20. #调用父类的构函
  21. people.__init__(self,n,a,w)
  22. self.grade = g
  23. #覆写父类的方法
  24. def speak(self):
  25. print("%s 说: 我 %d 岁了,我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
  26. #另一个类,多重继承之前的准备
  27. class speaker():
  28. topic = ''
  29. name = ''
  30. def __init__(self,n,t):
  31. self.name = n
  32. self.topic = t
  33. def speak(self):
  34. print("我叫 %s,我是一个演说家,我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))
  35. #多重继承
  36. class sample(speaker,student):
  37. a =''
  38. def __init__(self,n,a,w,g,t):
  39. student.__init__(self,n,a,w,g)
  40. speaker.__init__(self,n,t)
  41. test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
  42. test.speak() #方法名同,默认调用的是在括号中排前地父类的方法

执行以上程序输出结果为:

  1. 我叫 Tim,我是一个演说家,我演讲的主题是 Python

方法重写

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,实例如下:

  1. #!/usr/bin/python3
  2. class Parent: # 定义父类
  3. def myMethod(self):
  4. print ('调用父类方法')
  5. class Child(Parent): # 定义子类
  6. def myMethod(self):
  7. print ('调用子类方法')
  8. c = Child() # 子类实例
  9. c.myMethod() # 子类调用重写方法

执行以上程序输出结果为:

  1. 调用子类方法

类属性与方法

类的私有属性

private_attrs:两个下划线开头,声明该属性为私有,不能在类地外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.private_attrs

类的方法

在类地内部,使用 def 关键字可以为类定义一个方法,与一般函数定义不同,类方法必须包含参数 self, 且为第一个参数

类的私有方法

private_method:两个下划线开头,声明该方法为私有方法,不能在类地外部调用。在类的内部调用 slef.private_methods

实例如下:

  1. #!/usr/bin/python3
  2.  
  3. class JustCounter:
  4. __secretCount = 0 # 私有变量
  5. publicCount = 0 # 公开变量
  6.  
  7. def count(self):
  8. self.__secretCount += 1
  9. self.publicCount += 1
  10. print (self.__secretCount)
  11.  
  12. counter = JustCounter()
  13. counter.count()
  14. counter.count()
  15. print (counter.publicCount)
  16. print (counter.__secretCount) # 报错,实例不能访问私有变量

执行以上程序输出结果为:

  1. 1
  2. 2
  3. 2
  4. Traceback (most recent call last):
  5. File "test.py", line 16, in <module>
  6. print (counter.__secretCount) # 报错,实例不能访问私有变量
  7. AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

类的专有方法:

  • init : 构造函数,在生成对象时调用
  • del : 析构函数,释放对象时使用
  • repr : 打印,转换
  • setitem : 按照索引赋值
  • getitem: 按照索引获取值
  • len: 获得长度
  • cmp: 比较运算
  • call: 函数调用
  • add: 加运算
  • sub: 减运算
  • mul: 乘运算
  • div: 除运算
  • mod: 求余运算
  • pow: 乘方

运算符重载

Python 同样支持运算符重载,我么可以对类的专有方法进行重载,实例如下:

  1. #!/usr/bin/python3
  2.  
  3. class Vector:
  4. def __init__(self, a, b):
  5. self.a = a
  6. self.b = b
  7.  
  8. def __str__(self):
  9. return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
  10.  
  11. def __add__(self,other):
  12. return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)
  13.  
  14. v1 = Vector(2,10)
  15. v2 = Vector(5,-2)
  16. print (v1 + v2)

以上代码执行结果如下所示:

  1. Vector(7,8)