Python --类和实例

Posted 2020-09-10

与其他编程语言相比，Python的类机制添加了至少具有新语法和语义的类。它是C ++和Modula-3中发现的类机制的混合体。 Python类提供面向对象编程的所有标准功能：类继承机制允许多个基类，派生类可以覆盖其基类或类的任何方法，并且方法可以调用具有相同名称的基类的方法。对象可以包含任意数量和种类的数据。对于模块来说，类的分类是Python的动态特性：它们是在运行时创建的，并且可以在创建后进一步修改。

在C ++术语中，通常类成员（包括数据成员）是公共的（除了见私有变量和类本地引用），所有成员函数都是虚拟的。和Modula-3一样，从它的方法中引用对象的成员也没有什么不同：方法函数被声明为一个显式的第一个参数，表示该对象，这是由该调用隐式提供的。像Smalltalk一样，课堂本身就是对象。这提供了导入和重命名的语义。与C ++和Modula-3不同，内置类型可以用作用户扩展的基类。此外，像C ++一样，大多数具有特殊语法（运算符，下标等）的内置运算符可以重新定义为类实例。

（缺少普遍接受的术语来讨论类，我将偶尔使用Smalltalk和C ++术语，我将使用Modula-3术语，因为它的面向对象的语义比C ++更接近Python，但我预计很少读者听说过了。）

1.在Python中，定义类是通过class关键字：

class ClassName(object):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

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，继承的概念我们后面再讲，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。

class Student(object):
    pass

定义好了Student类，就可以根据Student类创建出Student的实例，创建实例是通过类名+()实现的：

student1 = Student()

可以自由地给一个实例变量绑定属性，比如，给实例bart绑定一个name属性：

tudent1.name = ‘Bob‘
student1.score = 99

 由于类可以起到模板的作用，因此，可以在创建实例的时候，把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法，在创建实例的时候，就把name，score等属性绑上去：

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

 注意到__init__方法的第一个参数永远是self，表示创建的实例本身，因此，在__init__方法内部，就可以把各种属性绑定到self，因为self就指向创建的实例本身。

有了__init__方法，在创建实例的时候，就不能传入空的参数了，必须传入与__init__方法匹配的参数，但self不需要传，Python解释器自己会把实例变量传进去：

在类中定义的函数只有一点不同，就是第一个参数永远是实例变量self，并且，调用时，不用传递该参数。除此之外，类的方法和普通函数没有什么区别，所以，你仍然可以用默认参数、可变参数和关键字参数。

student2 = Student(‘Jack‘, 70)
print student2.name, student2.score
---------------------------
Jack 70

 

2.数据封装

面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。在上面的Student类中，每个实例就拥有各自的name和score这些数据。

 

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)


student2 = Student(‘Jack‘, 70)
print student2.name, student2.score

student2.print_score()
------------------------
Jack--70

 既然Student实例本身就拥有这些数据，要访问这些数据，就没有必要从外面的函数去访问，可以直接在Student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。这样一来，我们从外部看Student类，就只需要知道，创建实例需要给出name和score，而如何打印，都是在Student类的内部定义的，这些数据和逻辑被“封装”起来了，调用很容易，但却不用知道内部实现的细节。

封装的另一个好处是可以给Student类增加新的方法 

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)

    def get_grade(self):
        if self.score >= 90:
            return ‘A‘
        elif self.score >= 70:
            return ‘B‘
        else:
            return ‘C‘

student2 = Student(‘Jack‘, 70)
print student2.name, student2.score

student2.print_score()
print student2.get_grade()
----------------------------------
Jack 70
Jack--70
B

 

类是创建实例的模板，而实例则是一个一个具体的对象，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.

3.访问限制

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。

但是，从前面Student类的定义来看，外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、score属性：

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，所以，我们把Student类改一改：

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)

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 

std1 = Student(‘Mink‘, 80)
std1.__name
---------------------------------
Traceback (most recent call last):
     line 320, in <module>
    std1.name
AttributeError: ‘Student‘ object has no attribute ‘name‘

 如果又要允许外部代码修改score怎么办？可以给Student类增加set_score方法：

class Student(object):
    ...

    def set_score(self, score):
        self.__score = score

 原先那种直接通过student2.score = 70也可以修改啊，为什么要定义一个方法大费周折？因为在方法中，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‘)

 

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”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢？其实也不是。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：但是强烈建议你不要这么干，因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。