Python －面向对象（一 基本概念）

Posted 2020-09-20

一 Python简单介绍

      Python是一个可移植的面向对象的脚本语言。

        Python尽管是一个脚本语言,但也是一个全然面向对象的语言。

由于它设计之初把易用性做为很重要的一个考量标准,所以用起来很简洁,优美（语法很灵活）。所以使用Python能够高速地编写出可执行代码。与C/C++相比。Python程序的执行速度比較慢，一门语言既然能够生存下来。就有它自己的原因，Python语言也一样。

当今的计算机处理速度已经很快。对某些任务来说。执行速度并非首要考虑的因素。比方说为了实现数据库訪问的自己主动化。须要做一个数据库訪问的代码生成器，这是一个常见的任务，当中涉及编程的很多方面，包含字符串处理、数据库訪问，可能还包含一个GUI系统。这个任务显然不太适合用C或者C++来编写，由于使用C/C++来开发尽管能够节省那么一点执行时间。但却浪费了大量的开发时间。

所以，语言没有好不好之分，仅仅有适合不适合之分。

        C++是静态强类型语言,而Python是动态强类型语言。因为是动态语言,所以变量的类型不是用keyword显式指定,而是在执行时依据赋给它的值动态推断出来的。

      另外,Python也跟C++一样同一时候支持结构化编程和面向对象编程两种范式。 Python的特定总结例如以下：

      1. Python是面向对象的。它支持继承以及多重继承、多态、操作符重载等面向对象的概念。

      2. Python是可移植的。

使用Python语言编写的程序通常无需改动就能够执行在多个平台上，这点与Java类似。

可是Python也提供一些Plantform dependent的模块，使用这些模块的时候必须小心，由于他们是不可移植的。

      3. Python是解释性语言。准确地说。Python先把源程序编译成中间代码(类似于java和c#)，然后解释运行。

但要注意的是，编译过程对程序猿来说是透明的(这又不同于java和c#)。

      4.Python是一门动态语言。它支持元数据编程；支持执行时编译、执行等现代语言的高级特征。这些都非常难甚至无法在C/C++中实现。Python甚至同意你在执行的时候添加一个对象的成员！

      5. 一切都是对象！Python中对象的概念比其它语言丰富得多，比方类是一个对象，因此你能够在执行的时候使用它。而不像C++一样，类是编译时的对象。正由于这样的原因，使得Python是高度动态的。

      6. 自己主动内存管理。像java一样，你无需管理你的代码所使用的内存。在C和C++的程序中，那是一场恶梦。

      7. 其它：Python能够使用c/c++的编写的组件，也能够把python代码嵌入到c/c++代码中运行。

二 类定义

首先看以下的样例

class ZZClass:
     classNum = 0
     def __init__(self):
          self.num = 1
          ZZClass.classNum += 1
          print ("ZZClass _init__ called.")


     def __del__(self):
          ZZClass.classNum -= 1;
          print ("ZZClass __del__ called.")

     def Hello(self):
          print("hello world!")
          self.PrintClassNum(10) #普通函数中能够调用静态函数


     def setNum(self,num):
          self.num = num

     def getNum(self):
          return self.num

     @staticmethod
     def PrintClassNum(num=100):
          print (ZZClass.classNum) #在静态方法中仅仅能通过类名訪问类变量
          #print classNum          #在静态方法中不能直接訪问类变量
          #print self.num          #在静态方法中不能訪问实例变量
          print num


     @classmethod
     def ClassMethod(cls):
          #print cls.num           #在类方法中不能直接訪问实例变量
          print "class method."
          print cls.classNum       #在类方法中能够直接訪问类变量


myObj = ZZClass()
myObj.Hello()
ZZClass.PrintClassNum(10) #能够通过类名来訪问静态方法
myObj02  = ZZClass()
myObj02.PrintClassNum()   #能够通过对象实例来訪问静态方法
print myObj.classNum      #能够通过对象实例来訪问类变量
print ZZClass.classNum    #能够通过类名来訪问静态变量




myObj.setNum(10)
myObj02.setNum(20)
print myObj.getNum()
print myObj02.getNum()

myObj02 = 0
print ZZClass.PrintClassNum()

print ZZClass.ClassMethod() #通过类调用类方法
print myObj.ClassMethod()   #通过实例调用类方法

输出结果：

ZZClass _init__ called.

hello world!

1

10

1

10

ZZClass _init__ called.

2

100

2

2

10

20

ZZClass __del__ called.

1

100

None

class method.

1

None

ZZClass __del__ called. 

分析：

1.与C++相比，Python中定义方法採用defkeyword，在类中定义的方法至少会有一个參数，一般以名为‘self‘的变量作为该參数（用其它名称也能够），并且须要作为第一个參数。用于对对象的变量引用。类似c++的this指针，仅仅只是在C++中this 指针是隐藏的，由编译器来处理。

2.函数调用和变量的訪问使用"."而不是"->"訪问。

3._init__类似于构造函数，在生成对象时调用，能够用来进行一些初始化操作，不须要显示去调用，系统会默认去运行。

构造方法支持重载，假设用户自己没有又一次定义构造方法，系统就自己主动运行默认的构造方法。

   __del__类似于析构函数。在释放对象时调用，支持重载，能够在里面进行一些释放资源的操作，不须要显示调用。

4.实例变量和类变量：num是实例变量。classNum是类变量。前者类似C++的成员变量。后者类似C++的类的静态变量。

类变量是全部对象共享的，不须要对象。能够直接用“类名.变量名”訪问，与C++一样，使用对象实例也能够訪问类变量。实例变量是每一个对象一个拷贝，仅仅能通过对象訪问，实例变量是不须要在类中显示定义的。

     注意：类变量能够通过类名和实例对象两种方式进行訪问。通过类名改动类变量，该类和全部实例所共享的数据将被改动，再次通过类或实例訪问得到的将是新的数据，这一点与C++是一致的。可是通过实例对象改动类变量，其效果将只作用在该实例上。再次通过类或其他实例訪问得到的仍然是旧的数据。

但这一改动方式将对该类变量实例化，其结果是该实例将得到一个单独的该变量拷贝，此后此对象不再与类共享该名称的变量。（这一点Python有点复杂）。看以下的样例：

class classA:
     classVar = ‘‘
     def __init__(self):
          pass

     def set_var1(self,x):
          classA.classVar= x

     def set_var2(self,y):
          self.var2 = y
          return self.var2


     oa = classA()
     ob = classA()

oa.set_var1("class variable.")
print oa.classVar     #class variable.
print ob.classVar     #class variable.

oa.classVar = "changed."
print oa.classVar     #changed.
print ob.classVar     #class variable.

oa.set_var1("class variable01")
print oa.classVar      #changed.
print ob.classVar      #class variable01


ob.set_var1("class variable02")
print oa.classVar       #changed.
print ob.classVar       #class variable02

ob.set_var2("inst variable")
print ob.var2
#print oa.var2          #error! because var2 is a instance variable

　　 假设须要在类外改动类属性，必须通过类对象去引用然后进行改动。假设通过实例对象去引用。会产生一个同名的实例属性，这样的方式改动的是实例属性。不会影响到类属性。而且之后假设通过实例对象去引用该名称的属性。实例属性会强制屏蔽掉类属性。即引用的是实例属性，除非删除了该实例属性。

5.普通函数和静态函数：Hello是普通函数。PrintClassNum是静态函数。printClassCount()类似C++的静态函数。就像静态函数没有this指针一样。它也没有self变量。

静态函数仅仅能訪问静态成员变量（类变量）。与C++一样，能够使用实例对象和类名来调用静态函数，仅仅能使用实例变量来调用普通函数。

在类外普通函数(实例函数）仅仅能通过实例对象去调用，不能通过其它方式去调用。

6.类函数和静态函数： ClassMethod是一个类方法，拥有一个參数（类对象）。

与静态方法使用类似。他们都能够通过类和实例进行调用，都无法訪问实例成员。

类方法能够通过自己的參数cls訪问类成员，而静态方法则不行，能够通过类名间接訪问。

staticmethod无需參数，classmethod须要类变量作为參数传递（不是类的实例）。类函数另一个用途就是能够对类属性进行改动。

7.变量訪问属性：C++的面向对象的语法都比較的规范，有公有、私有和保护的数据类型，而python类是没有权限控制的，全部变量都是能够被外部调用，尽管我们能够在变量或者方法的面前加上双下滑线__，表示私有訪问权限，事实上在内部实现上。是将私有变量进行了转化，规则是：_<类名>__<私有变量>。

但这个实际上是python的伪私有，仅仅是一种程序猿约定俗称的规定。加了双下划线就表示私有变量，可是假设要在外部调用的话，还是能够调用的。看以下的样例：

class Test:
     count =  0
     def __init__(self,c):
          self.count = c
          self.__name="zhangzhe"     #私有变量
          self.__class__.count = self.__class__.count +1

     def __get_name(self):           #私有方法
          return self.__name

     def get_counte(self):
          return self.count

a = Test(3)
print a.count #3
#print a.name  #AttributeError:Test instance has no attribute ‘name‘
print Test.count #1
print a.get_counte() #3

print a.__dict__  #{‘count‘: 3, ‘_Test__name‘: ‘zhangzhe‘}
print a._Test__name  #zhangzhe

print Test.__dict__ 

#{‘count‘: 1, ‘__module__‘: ‘classdemo02‘, ‘_Test__get_name‘: <function __get_name at 0x101e92500>, ‘__doc__‘: None, ‘__init__‘: <function __init__ at 0x101e92488>, ‘get_counte‘: <function get_counte at 0x101e92578>}

print a._Test__get_name()   #zhangzhe


b = Test(-1)
print b.count    #1
print Test.count #2

        这里定义的__name是私有属性，__get_name()是私有方法，直接訪问的话，会提示找不到相关的属性或者方法。能够通过使用 a._Test__name和a._Test__get_name()来訪问私有的变量和方法。

        注：在Python中没有像C++中public和private这些keyword来差别公有属性和私有属性，它是以属性命名方式来区分，假设在属性名前面加了2个下划线‘__‘，则表明该属性是私有属性，否则为公有属性

小结：

         对于类属性和实例属性，假设在类方法中引用某个属性。该属性必然是类属性，而假设在实例方法中引用某个属性（不作更改）。而且存在同名的类属性。此时若实例对象有该名称的实例属性，则实例属性会屏蔽类属性。即引用的是实例属性，若实例对象没有该名称的实例属性。则引用的是类属性。假设在实例方法更改某个属性，而且存在同名的类属性。此时若实例对象有该名称的实例属性，则改动的是实例属性，若实例对象没有该名称的实例属性。则会创建一个同名称的实例属性。想要改动类属性，假设在类外。能够通过类对象改动，假设在类里面，仅仅有在类方法中进行改动。

　　从类方法和实例方法以及静态方法的定义形式就能够看出来。类方法的第一个參数是类对象cls，那么通过cls引用的必然是类对象的属性和方法；而实例方法的第一个參数是实例对象self，那么通过self引用的可能是类属性、也有可能是实例属性（这个须要详细分析），只是在存在同样名称的类属性和实例属性的情况下，实例属性优先级更高。静态方法中不须要额外定义參数，因此在静态方法中引用类属性的话，必须通过类对象来引用。

        从上面看来,Python是很的灵活 的。它的面向对象没有做到真正的不能訪问。仅仅是一种约定让大家去遵守，就像大家都用self来代表在类里的当前对象。你也能够用其它的。仅仅是大家习惯了用self。

三 类中的内置方法

     除了上面的init和del方法外，Python类中还有例如以下的多个内置方法（类似于C++中的运算符重载)：

   

1.__new__():__new__()在__init__()之前被调用。用于生成实例对象。利用这种方法和类属性的特性能够实现设计模式中的单例模式。单例模式是指创建唯一对象吗，单例模式设计的类仅仅能实例化一个对象。比如以下的代码:

   __instance = None

  def __new__(cls, *args, **kwargs):       #在init函数前被调用

        if ZZClass.__instance is None:         #生产唯一实例
            print("ZZClass __new__ called.")
            ZZClass.__instance = object.__new__(cls,*args,**kwargs)
        return ZZClass.__instance

2.__getattr__()、__setattr__()和__getattribute__():当读取对象的某个属性时，python会自己主动调用__getattr__()方法。

比如，fruit.color将转换为fruit.__getattr__(color)。当使用赋值语句对属性进行设置时，python会自己主动调用__setattr__()方法。

__getattribute__()的功能与__getattr__()类似，用于获取属性的值。可是__getattribute__()能提供更好的控制，代码更健壮。

注意，python中并不存在__setattribute__()方法。

3.    __str__()用于表示对象代表的含义。返回一个字符串.实现了__str__()方法后，能够直接使用print语句输出对象，也能够通过函数str()触发__str__()的运行。这样就把对象和字符串关联起来，便于某些程序的实现，能够用这个字符串来表示某个类。

比如:

def __str__(self):

        return  "ZZClass itself."

4. __call__():在类中实现__call__()方法，能够在对象创建时直接返回__call__()的内容。使用该方法能够模拟静态方法。

比如:

  class InternalClass:
        def __call__(self, *args, **kwargs):
            print "internal class."

    func = InternalClass() # 调用InternalClass()，此时将类InternalClass作为函数返回,
                                     # 即为外部类ZZClass定义方法func(),func()将运行__call__()内的代码。

  

   myObj.func()  #internal class.

   myObj.func()  #internal class.

5.__getitem__():假设类把某个属性定义为序列，能够使用__getitem__()输出序列属性中的某个元素。

class Persons:
    def __getitem__(self, item):
        return self.persons[item]

allPersons = Persons()
allPersons.persons = ["Alice","Joe"]
print allPersons[1]

补充：

强类型语言
       一种总是强制类型定义的语言，Java和Python是强制类型定义的，假设你有一个整数，不显示地进行转换，不能将其视为一个字符串。

弱类型定义语言
         一种类型能够被忽略的语言，与强类型定义相反。VBScript是弱类型定义 的。在VBScript中。能够将字符串 ‘12‘ 和整数 3 进行连接得到字符串 ‘123‘， 然后能够把它看成整数 123，而不须要显示转换。

       注意:强弱类型中心词是‘类型’，而不是变量,一个变量是否可以绑定到多种类型，跟该语言是否强弱类型无关。

动态联编

         编译程序在编译阶段并不能确切知道将要调用的函数，仅仅有在程序执行时才干确定将要调用的函数，为此要确切知道该调用的函数。要求联编工作要在程序执行时进行。这样的在程序执行时进行联编工作被称为动态联编。

       事实上它不是 Python 的特性，全部面向对象的语言基本都须要实现。它使得运行一个对象的方法时。使用的是它自己（或它的类）的方法，而不是它的父类的方法。

       动态联编通常的实现方法是把函数的入口地址保存起放在一个表里，（比如，c++的虚表），在执行时通过动态的查找表的方式来推断应该调用哪个函数。

函数的执行效率没有静态联编的高，但比其灵活。

 静态联编

        静态联编是指联编工作出如今编译连接阶段，这样的联编又称早期联编，它在编译时就攻克了程序中的操作调用与运行该操作代码间的关系。