Python3之面向对象进阶

Posted 2020-09-26

一、isinstance和issubclass

1.isinstance(obj,cls)检查是否obj是否是类 cls 的对象

class Foo(object):
    pass

obj=Foo()
print(isinstance(obj, Foo))

输出

True

 

2.issubclass(sub, super)检查sub类是否是 super 类的派生类

class Foo(object):
    pass

class Bar(Foo):
    pass

print(issubclass(Bar, Foo))

输出

True

 

二、反射

1.反射定义

反射的概念是由Smith在1982年首次提出的，主要是指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力（自省）。

 

2.反射的实现

python面向对象中的反射：通过字符串的形式操作对象相关的属性。python中的一切事物都是对象，都可以使用反射

四个可以实现自省的函数，下列方法适用于类和对象（一切皆对象，类本身也是一个对象）

• hasattr(object,name)　　

判断一个对象里面是否有name属性或者name方法，返回BOOL值，有name特性返回True， 否则返回False。需要注意的是name要用括号括起来。

>>> class test():
...     name="xiaohua"
...     def run(self):
...             return "HelloWord"
...
>>> t=test()
>>> hasattr(t, "name") #判断对象有name属性
True
>>> hasattr(t, "run")  #判断对象有run方法
True
>>>

 

• getattr(object, name, default=None)

获取对象object的属性或者方法，如果存在打印出来，如果不存在，打印出默认值，默认值可选。需要注意的是，如果是返回的对象的方法，返回的是方法的内存地址，如果需要运行这个方法，可以在后面添加一对括号。

>>> class test():
...     name="xiaohua"
...     def run(self):
...             return "HelloWord"
...
>>> t=test()
>>> getattr(t, "name") #获取name属性，存在就打印出来。
‘xiaohua‘
>>> getattr(t, "run")  #获取run方法，存在就打印出方法的内存地址。
<bound method test.run of <__main__.test instance at 0x0269C878>>
>>> getattr(t, "run")()  #获取run方法，后面加括号可以将这个方法运行。
‘HelloWord‘
>>> getattr(t, "age")  #获取一个不存在的属性。
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: test instance has no attribute ‘age‘
>>> getattr(t, "age","18")  #若属性不存在，返回一个默认值。
‘18‘
>>>

• setattr(object, name, values)

给对象的属性赋值，若属性不存在，先创建再赋值。

>>> class test():
...     name="xiaohua"
...     def run(self):
...             return "HelloWord"
...
>>> t=test()
>>> hasattr(t, "age")   #判断属性是否存在
False
>>> setattr(t, "age", "18")   #为属相赋值，并没有返回值
>>> hasattr(t, "age")    #属性存在了
True
>>>

• delattr(object, name)

删除object对象名为name的属性。

 

综合例子

class BlackMedium:
    feature=‘Ugly‘
    def __init__(self,name,addr):
        self.name=name
        self.addr=addr

    def sell_house(self):
        print(‘%s 卖房子‘ %self.name)
    def rent_house(self):
        print(‘%s 租房子‘ %self.name)

b1=BlackMedium(‘恒大‘,‘回龙观‘)

#检测是否含有某属性
print(hasattr(b1,‘name‘))
print(hasattr(b1,‘sell_house‘))

#获取属性
n=getattr(b1,‘name‘)
print(n)
func=getattr(b1,‘rent_house‘)
func()

# getattr(b1,‘aaaaaaaa‘) #报错
print(getattr(b1,‘aaaaaaaa‘,‘不存在啊‘))

#设置属性
setattr(b1,‘sb‘,True)
setattr(b1,‘show_name‘,lambda self:self.name+‘123‘)
print(b1.__dict__)
print(b1.show_name(b1))

#删除属性
delattr(b1,‘addr‘)
delattr(b1,‘show_name‘)
#delattr(b1,‘show_name111‘)#不存在,则报错

print(b1.__dict__)

输出

True
True
恒大
恒大 租房子
不存在啊
{‘show_name‘: <function <lambda> at 0x10c9e8f28>, ‘sb‘: True, ‘addr‘: ‘回龙观‘, ‘name‘: ‘恒大‘}
恒大123
{‘sb‘: True, ‘name‘: ‘恒大‘}

 

类也是对象

class Foo(object):

    staticField = "old"

    def __init__(self):
        self.name = ‘123‘

    def func(self):
        return ‘func‘

    @staticmethod
    def bar():
        return ‘bar‘

print(getattr(Foo, ‘staticField‘))
print(getattr(Foo, ‘func‘))
print(getattr(Foo, ‘bar‘))

输出

old
<function Foo.func at 0x10f89f488>
<function Foo.bar at 0x10f89f510>

 

模块的反射

import sys                          
                                    
                                    
def s1():                           
    print(‘s1‘)                     
                                    
                                    
def s2():                           
    print(‘s2‘)                     
                                    
                                    
this_module = sys.modules[__name__] 
                                    
print(hasattr(this_module, ‘s1‘))   
print(getattr(this_module, ‘s2‘))   

输出

 

True
<function s2 at 0x108f4d400>

 

3.反射的好处

• 实现可插拔机制

可以事先定义好接口，接口只有在被完成后才会真正执行，这实现了即插即用，这其实是一种‘后期绑定’，即你可以事先把主要的逻辑写好（只定义接口），然后后期再去实现接口的功能。

程序员A未实现功能

class FtpClient:
    ‘ftp客户端,但是还么有实现具体的功能‘
    def __init__(self,addr):
        print(‘正在连接服务器[%s]‘ %addr)
        self.addr=addr

但不影响程序员B继续实现其他逻辑，利用反射事先做判断

#from module import FtpClient
f1=FtpClient(‘192.168.1.1‘)
if hasattr(f1,‘get‘):　　　　　　　　#判断方法是否实现
    func_get=getattr(f1,‘get‘)
    func_get()
else:
    print(‘---->不存在此方法‘)
    print(‘处理其他的逻辑‘)

 

• 动态导入模块（基于反射当前模块成员）

 

三、__setattr__,__getattr__,__delattr__

• __getattr__

拦截点号运算。当对未定义的属性名称和实例进行点号运算时，就会用属性名作为字符串调用这个方法。如果继承树可以找到该属性，则不调用此方法

• __setattr__

会拦截所有属性的的赋值语句。如果定义了这个方法，self.arrt = value 就会变成self,__setattr__("attr", value).这个需要注意。当在__setattr__方法内对属性进行赋值是，不可使用self.attr = value,因为他会再次调用self,__setattr__("attr", value),则会形成无穷递归循环，最后导致堆栈溢出异常。应该通过对属性字典做索引运算来赋值任何实例属性，也就是使用self.__dict__[‘name‘] = value.

 

class Foo:
    x=1
    def __init__(self,y):
        self.y=y

    def __getattr__(self, item):
        print(‘----> from getattr:你找的属性不存在‘)


    def __setattr__(self, key, value):
        print(‘----> from setattr‘)
        # self.key=value #这就无限递归了,你好好想想
        # self.__dict__[key]=value #应该使用它

    def __delattr__(self, item):
        print(‘----> from delattr‘)
        # del self.item #无限递归了
        self.__dict__.pop(item)

#__setattr__添加/修改属性会触发它的执行
f1=Foo(10)
print(f1.__dict__) # 因为你重写了__setattr__,凡是赋值操作都会触发它的运行,你啥都没写,就是根本没赋值,除非你直接操作属性字典,否则永远无法赋值
f1.z=3
print(f1.__dict__)

#__delattr__删除属性的时候会触发
f1.__dict__[‘a‘]=3#我们可以直接修改属性字典,来完成添加/修改属性的操作
del f1.a
print(f1.__dict__)

#__getattr__只有在使用点调用属性且属性不存在的时候才会触发
f1.xxxxxx

输出

----> from setattr
{}
----> from setattr
{}
----> from delattr
{}
----> from getattr:你找的属性不存在

 

四、二次加工

• 包装

python为大家提供了标准数据类型，以及丰富的内置方法，其实在很多场景下我们都需要基于标准数据类型来定制我们自己的数据类型，新增/改写方法，这就用到了我们刚学的继承/派生知识（其他的标准类型均可以通过下面的方式进行二次加工）

class List(list): #继承list所有的属性，也可以派生出自己新的，比如append和mid
    def append(self, p_object):
        ‘ 派生自己的append：加上类型检查‘
        if not isinstance(p_object,int):
            raise TypeError(‘must be int‘)
        super().append(p_object)

    @property
    def mid(self):
        ‘新增自己的属性‘
        index=len(self)//2
        return self[index]

l=List([1,2,3,4])
print(l)
l.append(5)
print(l)
# l.append(‘1111111‘) #报错，必须为int类型

print(l.mid)

#其余的方法都继承list的
l.insert(0,-123)
print(l)
l.clear()
print(l)

输出

[1, 2, 3, 4]
[1, 2, 3, 4, 5]
3
[-123, 1, 2, 3, 4, 5]
[]

 

• 授权

授权是包装的一个特性, 包装一个类型通常是对已存在的类型的一些定制,这种做法可以新建,修改或删除原有产品的功能。其它的则保持原样。授权的过程,即是所有更新的功能都是由新类的某部分来处理,但已存在的功能就授权给对象的默认属性。

实现授权的关键点就是覆盖__getattr__方法

class List:
    def __init__(self,seq,permission=False):
        self.seq=seq
        self.permission=permission
    def clear(self):
        if not self.permission:
            raise PermissionError(‘not allow the operation‘)
        self.seq.clear()

    def __getattr__(self, item):
        return getattr(self.seq,item)

    def __str__(self):
        return str(self.seq)

l=List([1,2,3])
# l.clear() #此时没有权限，抛出异常


l.permission=True
print(l)
l.clear()
print(l)

#基于授权，获得insert方法
l.insert(0,-123)
print(l)

输出

[1, 2, 3]
[]
[-123]

 

 五、__str__,__repr__,__format__

改变对象的字符串显示__str__,__repr__

自定制格式化字符串__format__

 

• __str__,__repr__

我们先定义一个Student类，打印一个实例：

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...
>>> print(Student(‘Michael‘))
<__main__.Student object at 0x109afb190>

打印出一堆<__main__.Student object at 0x109afb190>，不好看。

怎么才能打印得好看呢？只需要定义好__str__()方法，返回一个好看的字符串就可以了：

>>> 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。

但是细心的朋友会发现直接敲变量不用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__()返回用户看到的字符串，而__repr__()返回程序开发者看到的字符串，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__

 

• __format__

date_dic={
    ‘ymd‘:‘{0.year}:{0.month}:{0.day}‘,
    ‘dmy‘:‘{0.day}/{0.month}/{0.year}‘,
    ‘mdy‘:‘{0.month}-{0.day}-{0.year}‘,
}
class Date:
    def __init__(self,year,month,day):
        self.year=year
        self.month=month
        self.day=day

    def __format__(self, format_spec):
        if not format_spec or format_spec not in date_dic:
            format_spec=‘ymd‘
        fmt=date_dic[format_spec]
        return fmt.format(self)

d1=Date(2016,12,29)
print(format(d1))
print(‘{:mdy}‘.format(d1))

输出

2016:12:29
12-29-2016

 

六、__del__

析构方法，当对象在内存中被释放时，自动触发执行。此方法一般无须定义，因为Python是一门高级语言，程序员在使用时无需关心内存的分配和释放，因为此工作都是交给Python解释器来执行，所以，析构函数的调用是由解释器在进行垃圾回收时自动触发执行的。

class Foo:

    def __del__(self):
        print(‘执行删除‘)

f1=Foo()
print(‘**‘)
del f1
print(‘------->‘)

输出

**
执行删除
------->

 

七、__setitem__,__getitem__,__delitem__

当实例中有类似字典的操作

class Foo:
    def __init__(self,name):
        self.name=name

    def __getitem__(self, item):
        print(self.__dict__[item])

    def __setitem__(self, key, value):
        self.__dict__[key]=value
    def __delitem__(self, key):
        print(‘del obj[key]时,我执行‘)
        self.__dict__.pop(key)
    def __delattr__(self, item):
        print(‘del obj.key时,我执行‘)
        self.__dict__.pop(item)

f1=Foo(‘sb‘)
f1[‘age‘]=18
f1[‘age1‘]=19
del f1.age1
del f1[‘age‘]
f1[‘name‘]=‘alex‘
print(f1.__dict__)

输出

del obj.key时,我执行
del obj[key]时,我执行
{‘name‘: ‘alex‘}

 

八、__call__

对象后面加括号，触发执行。

注：构造方法的执行是由创建对象触发的，即：对象 = 类名() ；而对于 __call__ 方法的执行是由对象后加括号触发的，即：对象() 或者 类()()

class Foo:

    def __init__(self):
        pass
    
    def __call__(self, *args, **kwargs):

        print(‘__call__‘)


obj = Foo() # 执行 __init__
obj()       # 执行 __call__

 

九、eval(),exec()

1、eval()

• 函数的作用

计算指定表达式的值。也就是说它要执行的Python代码只能是单个运算表达式（注意eval不支持任意形式的赋值操作），而不能是复杂的代码逻辑，这一点和lambda表达式比较相似。

• 函数定义

eval(expression, globals=None, locals=None)

• 参数说明：

1. expression：必选参数，可以是字符串，也可以是一个任意的code对象实例（可以通过compile函数创建）。如果它是一个字符串，它会被当作一个（使用globals和locals参数作为全局和本地命名空间的）Python表达式进行分析和解释。
2. globals：可选参数，表示全局命名空间（存放全局变量），如果被提供，则必须是一个字典对象。
3. locals：可选参数，表示当前局部命名空间（存放局部变量），如果被提供，可以是任何映射对象。如果该参数被忽略，那么它将会取与globals相同的值。
4. 如果globals与locals都被忽略，那么它们将取eval()函数被调用环境下的全局命名空间和局部命名空间。

• 返回值：

1. 如果expression是一个code对象，且创建该code对象时，compile函数的mode参数是‘exec‘，那么eval()函数的返回值是None；
2. 否则，如果expression是一个输出语句，如print()，则eval()返回结果为None；
3. 否则，expression表达式的结果就是eval()函数的返回值；

x = 10

def func():
    y = 20
    a = eval(‘x + y‘)
    print(‘a: ‘, a)
    b = eval(‘x + y‘, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2})
    print(‘b: ‘, b)
    c = eval(‘x + y‘, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2}, {‘y‘: 3, ‘z‘: 4})
    print(‘c: ‘, c)
    d = eval(‘print(x, y)‘)
    print(‘d: ‘, d)

func()

输出

a:  30
b:  3
c:  4
10 20
d:  None

• 对输出结果的解释：

1. 对于变量a，eval函数的globals和locals参数都被忽略了，因此变量x和变量y都取得的是eval函数被调用环境下的作用域中的变量值，即：x = 10, y = 20，a = x + y = 30
2. 对于变量b，eval函数只提供了globals参数而忽略了locals参数，因此locals会取globals参数的值，即：x = 1, y = 2，b = x + y = 3
3. 对于变量c，eval函数的globals参数和locals都被提供了，那么eval函数会先从全部作用域globals中找到变量x, 从局部作用域locals中找到变量y，即：x = 1, y = 3, c = x + y = 4
4. 对于变量d，因为print()函数不是一个计算表达式，没有计算结果，因此返回值为None

 

2.exec()

• 函数的作用：

动态执行Python代码。也就是说exec可以执行复杂的Python代码，而不像eval函数那么样只能计算一个表达式的值。

• 函数定义：

exec(object[, globals[, locals]])

• 参数说明：

1. object：必选参数，表示需要被指定的Python代码。它必须是字符串或code对象。如果object是一个字符串，该字符串会先被解析为一组Python语句，然后在执行（除非发生语法错误）。如果object是一个code对象，那么它只是被简单的执行。
2. globals：可选参数，同eval函数
3. locals：可选参数，同eval函数

• 返回值：

exec函数的返回值永远为None.

需要说明的是在Python 2中exec不是函数，而是一个内置语句(statement)，但是Python 2中有一个execfile()函数。可以理解为Python 3把exec这个statement和execfile()函数的功能够整合到一个新的exec()函数中去了：

• eval()函数与exec()函数的区别：

1. eval()函数只能计算单个表达式的值，而exec()函数可以动态运行代码段。
2. eval()函数可以有返回值，而exec()函数返回值永远为None。

x = 10

def func():
    y = 20
    a = exec(‘x + y‘)
    print(‘a: ‘, a)
    b = exec(‘x + y‘, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2})
    print(‘b: ‘, b)
    c = exec(‘x + y‘, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2}, {‘y‘: 3, ‘z‘: 4})
    print(‘c: ‘, c)
    d = exec(‘print(x, y)‘)
    print(‘d: ‘, d)

func()

输出

a:  None
b:  None
c:  None
10 20
d:  None

 

x = 10
expr = """
z = 30
sum = x + y + z
print(sum)
"""
def func():
    y = 20
    exec(expr)
    exec(expr, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2})
    exec(expr, {‘x‘: 1, ‘y‘: 2}, {‘y‘: 3, ‘z‘: 4})

func()

输出

60
33
34

• 对输出结果的解释：

前两个输出跟上面解释的eval函数执行过程一样，不做过多解释。关于最后一个数字34，我们可以看出是：x = 1, y = 3是没有疑问的。关于z为什么还是30而不是4，这其实也很简单，我们只需要在理一下代码执行过程就可以了，其执行过程相当于：

x = 1
y = 2

def func():
    y = 3
    z = 4
    
    z = 30
    sum = x + y + z
    print(sum)

func()

 

十、元类

1.元类的定义

元类是用来控制如何创建类的，正如类是创建对象的模板一样，而元类的主要目的是为了控制类的创建行为

元类的实例化的结果为我们用class定义的类，正如类的实例为对象(f1对象是Foo类的一个实例，Foo类是 type 类的一个实例)

type是python的一个内建元类，用来直接控制生成类，python中任何class定义的类其实都是type类实例化的对象

 

2.创建类的方式

• 使用class关键字

class Chinese(object):
    country=‘China‘
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def talk(self):
        print(‘%s is talking‘ %self.name)

• 手动模拟class创建类的过程：将创建类的步骤拆分开，手动去创建

准备工作：

创建类主要分为三部分

　　1 类名

　　2 类的父类

　　3 类体

 

#类名
class_name=‘Chinese‘
#类的父类
class_bases=(object,)
#类体
class_body="""
country=‘China‘
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def talk(self):
    print(‘%s is talking‘ %self.name)
"""

 

步骤一（先处理类体->名称空间）：类体定义的名字都会存放于类的名称空间中（一个局部的名称空间），我们可以事先定义一个空字典，然后用exec去执行类体的代码（exec产生名称空间的过程与真正的class过程类似，只是后者会将__开头的属性变形），生成类的局部名称空间，即填充字典

class_dic={}
exec(class_body,globals(),class_dic)


print(class_dic)
#{‘country‘: ‘China‘, ‘talk‘: <function talk at 0x101a560c8>, ‘__init__‘: <function __init__ at 0x101a56668>}

步骤二：调用元类type（也可以自定义）来产生类Chinense

Foo=type(class_name,class_bases,class_dic) #实例化type得到对象Foo，即我们用class定义的类Foo


print(Foo)
print(type(Foo))
print(isinstance(Foo,type))
‘‘‘
<class ‘__main__.Chinese‘>
<class ‘type‘>
True
‘‘‘

我们看到，type 接收三个参数：

1. 第 1 个参数是字符串 ‘Foo’，表示类名

2. 第 2 个参数是元组 (object, )，表示所有的父类

3. 第 3 个参数是字典，这里是一个空字典，表示没有定义属性和方法

补充：若Foo类有继承，即class Foo(Bar):.... 则等同于type(‘Foo‘,(Bar,),{})

一个类没有声明自己的元类，默认他的元类就是type，除了使用元类type，用户也可以通过继承type来自定义元类 

 

自定制元类精简版

class Mytype(type):
    def __init__(self,what,bases=None,dict=None):
        print(what,bases,dict)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(‘--->‘)
        obj=object.__new__(self)
        self.__init__(obj,*args,**kwargs)
        return obj
class Room(metaclass=Mytype):
    def __init__(self,name):
        self.name=name

r1=Room(‘alex‘)
print(r1.__dict__)