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
  3. class MyClass:
  4.     """一个简单的类实例"""
  5.     i = 12345
  6.     def f(self):
  7.         return 'hello world'
  9. # 实例化类
  10. x = MyClass()
  12. # 访问类的属性和方法
  13. print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
  14. 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
  3. #类定义
  4. class people:
  5.     #定义基本属性
  6.     name = ''
  7.     age = 0
  8.     #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  9.     __weight = 0
  10.     #定义构造方法
  11.     def __init__(self,n,a,w):
  12.         self.name = n
  13.         self.age = a
  14.         self.__weight = w
  15.     def speak(self):
  16.         print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  18. # 实例化类
  19. p = people('Python3',10,30)
  20. p.speak()

执行以上程序输出结果为：

  1. Python3 说: 我 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
  3. #类定义
  4. class people:
  5.     #定义基本属性
  6.     name = ''
  7.     age = 0
  8.     #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  9.     __weight = 0
  10.     #定义构造方法
  11.     def __init__(self,n,a,w):
  12.         self.name = n
  13.         self.age = a
  14.         self.__weight = w
  15.     def speak(self):
  16.         print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  18. #单继承示例
  19. class student(people):
  20.     grade = ''
  21.     def __init__(self,n,a,w,g):
  22.         #调用父类的构函
  23.         people.__init__(self,n,a,w)
  24.         self.grade = g
  25.     #覆写父类的方法
  26.     def speak(self):
  27.         print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
  31. s = student('ken',10,60,3)
  32. s.speak()

执行以上程序输出结果为：

  1. ken 说: 我 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
  3. #类定义
  4. class people:
  5.     #定义基本属性
  6.     name = ''
  7.     age = 0
  8.     #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
  9.     __weight = 0
  10.     #定义构造方法
  11.     def __init__(self,n,a,w):
  12.         self.name = n
  13.         self.age = a
  14.         self.__weight = w
  15.     def speak(self):
  16.         print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
  18. #单继承示例
  19. class student(people):
  20.     grade = ''
  21.     def __init__(self,n,a,w,g):
  22.         #调用父类的构函
  23.         people.__init__(self,n,a,w)
  24.         self.grade = g
  25.     #覆写父类的方法
  26.     def speak(self):
  27.         print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
  29. #另一个类，多重继承之前的准备
  30. class speaker():
  31.     topic = ''
  32.     name = ''
  33.     def __init__(self,n,t):
  34.         self.name = n
  35.         self.topic = t
  36.     def speak(self):
  37.         print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))
  39. #多重继承
  40. class sample(speaker,student):
  41.     a =''
  42.     def __init__(self,n,a,w,g,t):
  43.         student.__init__(self,n,a,w,g)
  44.         speaker.__init__(self,n,t)
  46. test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
  47. 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
  3. class Parent:        # 定义父类
  4.    def myMethod(self):
  5.       print ('调用父类方法')
  7. class Child(Parent): # 定义子类
  8.    def myMethod(self):
  9.       print ('调用子类方法')
  11. c = Child()          # 子类实例
  12. 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)