Python全栈开发之9面向对象元类以及单例
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Python全栈开发之9面向对象元类以及单例相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
前面一系列博文讲解的都是面向过程的编程,如今是时候来一波面向对象的讲解了
一、简介
面向对象编程是一种编程方式,使用 “类” 和 “对象” 来实现,所以,面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。类就是一个模板,模板里可以包含多个方法(函数),方法里实现各种各样的功能,,对象则是根据模板创建的实例,通过实例,对象可以执行类中的方法,每个对象都拥有相同的方法,但各自的数据可能不同。
二、类、对象和方法
在Python中,定义类是通过class
关键字,class
后面紧接着是类名,类名通常是大写开头的单词,紧接着是(\'要继承的类名\')
,表示该类是从哪个类继承下来的,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,也可以不写。
class MyClass(): # 创建类 def func(self): # 定义方法 pass obj1=MyClass() # 根据MyClass创建对象
类中定义方法的时候,和以前定义函数一样,都是用来实现某种功能的,不过定义方法的时候必须传至少一个参数(self),代表创建的对象,而函数则不需要,下面来看一下self具体指的什么。
class MyClass(): def func(self,str): print(self,str) def func1(self,str): pass obj1=MyClass() # self 哪个对象调用的,self就是那个对象 obi <====> self print(obj1) # <__main__.MyClass object at 0x000002C2119AD4A8> obj1.func(\'jason\') # <__main__.MyClass object at 0x000002C2119AD4A8>
从上面打印出的数据可以看出,创建出来的obj1对象的地址值和func方法里面self的地址值一样,两者一致,说明self就是指代创建的对象,这里读者一定需要理解self指的是什么。
三、面向对象三大特性,封装、继承和多态。
1、封装
面向对象有3大特性,首先我们来说第一个特性,封装,封装一般是通过在类中封装数据,而通过对象或者self获取。和其他面向对象的语言类似,也是通过构造函数来进行数据封装。下面来看一下代码。
class A: def __init__(self,name): # 构造函数,初始化数据, self.name=name # 封装数据 def f1(self): print(self.name) # 通过self获取封装的数据 a=A(\'jason\') a.f1() #通过对象获取封装数据
还有一种封装的方式,使用私用的属性来封装数据,看一下具体的用法,
class A: name=\'Jason\' __age=18 # 私有静态字段, def __init__(self): self.__like=\'soccer\' # 私有普通字段 self.hobby=\'kkkk\' def f1(self): print(self.__age) # 私有静态字段,私有普通字段只能被类中的方法调用 print(self.__like) # A.__age # 外部获取不到私有静态字段,数据被封装起来 a=A() # soccer a.f1() # 18 print(a.hobby)
2、继承
Python里面的继承可以多继承,通过继承,可以获得父类的功能,继承的时候,如果父类中有重复的方法,优先找自己,如果有下面关系,D继承B,E继承C,F继承D,E,则查找顺序,D->B->E->C,如果有下面关系,B继承A,C继承A,D继承B,E继承C,F继承D,E,则查找顺序,D->B->E->C-A,下面来看一下用法
class A: def f(self): print(\'a\') class B: def f(self): print(\'b\') def f1(self): print(\'bbbb\') class C(A,B): def f1(self): print(\'c\') cc=C() cc.f() # a cc.f1() # c #下面的是难点重点 class A: def bar(self): print(\'bar\') self.f1() class B(A): def f1(self): print(\'b\') class C(): def f1(self): print(\'c\') class D(B): def f1(self): print(\'d\') class E(C,D): pass d=D() d.bar() # d.bar().f1() 去哪里找f1?
除了继承方法,还可以继承父类的构造函数
# 继承构造方法 class A: def __init__(self): self.name=\'jason\' class B(A): def __init__(self): self.age=\'16\' super(B,self).__init__() # A.__init__(self) #另一种继承构造函数的方法 d=B()
3、多态
python本身就是支持多态的,所以在Python面向对象里面讨论多态并没有什么意义,这里也就不多讲了
四、类成员
类的成员可以分为三大类:字段、方法和属性,下面从代码来看一下用法
class A: country = \'China\' # 静态字段,保存在类中 节省内存 def __init__(self, name): self.name = name # 普通字段,保存在对象中 def show(self): # 普通方法,保存在类中,对象通过类对象指针使用 print(\'普通方法\') return self.name @staticmethod # 静态方法,保存在类中 def f1(): # 没有 self 参数 print(\'静态方法\') @classmethod # 类方法 相当于静态方法加了一个类名参数 def f2(cls): # 将当前类名当作参数传进去 print(\'类方法\') @property # 属性或者叫特性,将普通方法伪装成字段,但是不能传入第二个参数 def f3(self): print(\'属性\') return self.name @f3.setter # 设置属性 def f3(self,value): print(value) self.name= value a = A(\'jason\') print(hasattr(A, \'name\')) # False print(hasattr(a, \'name\')) # True print(hasattr(a, \'show\')) # True print(hasattr(A, \'country\')) # True print(hasattr(a, \'country\')) # True # 优先,自己先去访问自己的成员除了类中的方法 # 用下面的方式去操作 # 通过类去访问的有:静态字段,静态方法,类方法(静态方法加一个类名参数) # 通过对象访问的有:普通字段,普通方法 # 有 self,对象调用 # 无 self,类调用 A.f1() # 静态方法 a.show() # 普通方法 A.f2() # 类方法 a.f3 # 属性,获取属性值 执行的时候不用加括号,和对象调用普通字段类似 a.f3=\'kobe\' # 设置属性值, print(A.country) print(a.name) # 私有的只能在类中调用,不能再外部调用 class A: name=\'Jason\' __age=18 # 私有静态字段 def __init__(self): self.__like=\'soccer\' # 私有普通字段 self.hobby=\'kkkk\' def f1(self): print(self.__age) # 私有静态字段,私有普通字段只能被类中的方法调用 print(self.__like) # A.__age # 外部获取不到私有静态字段 a=A() # soccer a.f1()
特殊成员,也不多说了,直接上代码了
class A: def __init__(self): print(\'init\') self.name=\'jason\' def __str__(self): return \'........\' def __call__(self, *args, **kwargs): print(\'call\') return 1 def __getitem__(self, item): print(item,type(item)) def __setitem__(self, key, value): print(key,value) def __delitem__(self, key): print(key) def __iter__(self): yield 1 yield 2 a=A() # init 类后面加个括号执行 __init__ a() # call 对象后面加个括号执行 __call__ print(a) # 执行 __str__方法 k=A()() # init call k=1 a[\'dddd\'] # 执行 __getitem__ <class \'str\'> a[\'name\']=\'jason\' # 执行 __setitem__ del a[\'name\'] # 执行 __delitem__ a[1:3] # py2__getslice__,py3执行 __getitem__ <class \'slice\'> a[1:3]=[1,2] # py2__setslice__,py3执行 __setitem__ del a[1:3] # py2__detslice__,py3执行 __delitem__ print(a.__dict__) # {\'name\': \'jason\'} 对象里面的字段 print(A.__dict__) # 类里面的字段 for i in a: # 执行__iter__ print(i)
五、元类
在Python中一切事物都是对象,类也是对象,那么问题来了,类是如何创建的了,类的定义是运行时动态创建的,而创建class的方法就是使用type()
函数,通过type()
函数创建的类和直接写class是完全一样的,因为Python解释器遇到class定义时,仅仅是扫描一下class定义的语法,然后调用type()
函数创建出class。type可以接受一个类的描述作为参数,然后返回一个类可以像这样使用:type(类名, 父类的元组(针对继承的情况,可以为空),包含属性的字典(名称和值))
# 通过type自定义类 def f1(self): print(self.name) MyClass=type(\'MyClass\',(),{\'name\':\'jason\',\'f1\':f1}) print(MyClass,type(MyClass)) # <class \'__main__.MyClass\'> ,<class \'type\'> print(MyClass.name) # jason my=MyClass() print(my.__class__) # <class \'__main__.MyClass\'> print(my) # <__main__.MyClass object at 0x000001F3013751D0> my.f1() # jason
说完了type,那么type和元类到底是什么关系了,type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类,除了使用type()
动态创建类以外,要控制类的创建行为就要用到metaclass(元类),我们想创建出类,那就根据metaclass创建出类,所以:先定义metaclass,然后创建类。连接起来就是:先定义metaclass,就可以创建类,最后创建实例。元类的一般作用是拦截类的创建,修改类, 返回修改之后的类。下面看一下代码的使用
# 用函数实现 # def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attrs): # attrs=((name, value) for name,value in future_class_attrs.items() if not name.startswith(\'__\')) # uppercase_attr=dict((name.upper(), value) for name,value in attrs) # return type(future_class_name,future_class_parents,uppercase_attr()) # # class A(): # # __metaclass__ = upper_attr # country="China" # def __init__(self): # self.name=\'jason\' # # print(hasattr(A,\'country\')) # print(hasattr(A,\'COUNTRY\')) \'\'\' __new__()方法接收到的参数依次是: 当前准备创建的类的对象; 类的名字; 类继承的父类集合; 类的方法集合。 __new__ 是在__init__之前被调用的特殊方法 __new__是用来创建对象并返回之的方法 而__init__只是用来将传入的参数初始化给对象 你很少用到__new__,除非你希望能够控制对象的创建 这里,创建的对象是类,我们希望能够自定义它,所以我们这里改写__new__ 如果你希望的话,你也可以在__init__中做些事情 还有一些高级的用法会涉及到改写__call__特殊方法,但是我们这里不用 \'\'\' class UppMetaclass(type): def __new__(cls, name,base,attrs): uppattrs = dict((k.upper(),v)for k,v in attrs.items() if not k.startswith(\'__\')) # return type.__new__(cls, name, base, uppattrs) return super(UppMetaclass, cls).__new__(cls, name, base, uppattrs) class A(metaclass=UppMetaclass): # __metaclass__ = UppMetaclass country="China" def __init__(self): self.name=\'jason\' print(hasattr(A,\'country\')) print(hasattr(A,\'COUNTRY\')) print(A.COUNTRY)
六、单例模式
单例,顾名思义单个实例,单利模式存在的目的是保证当前内存中仅存在单个实例,避免内存浪费,下面直接看一下怎么实现单例
class Instance: # 方法一 __instance=None # 私有静态字段 def __init__(self): self.name=\'jason\' self.passwd=\'kkkkk\' @staticmethod def get_instance(): if not Instance.__instance: # 如果私有静态字段为空的话,创建一个实例 Instance.__instance = Instance() return Instance.__instance # 不为空的话,直接返回一个实例 obj1=Instance.get_instance() # 执行静态方法,创建一个实例赋值给obj1 obj2=Instance.get_instance() # 执行静态方法,将私有静态字段保存的对象赋值给obj2 print(obj1) # <__main__.Instance object at 0x0000021AEDF56048> print(obj2) # <__main__.Instance object at 0x0000021AEDF56048> class Singleton(): # 方法二 def __new__(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(cls,\'_instance\'): cls._instance=super(Singleton,cls).__new__(cls,*args, **kwargs) return cls._instance class A(Singleton): pass a=A() b=A() print(a is b) class Singleton(type): # 方法三 def __call__(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(cls, \'_instance\'): cls._instance = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs) return cls._instance class A(metaclass=Singleton): # __metaclass__ = Singleton pass a = A() b = A() print(a is b)
七、补充
属性的另一种表达方式:
class A: def __init__(self): self.mylist = [1, 2, 3, 4] def getmylist(self): print(self.mylist) def setmylist(self, value): self.mylist.append(value) print(self.mylist) def delmylist(self): if len(self.mylist) > 0: self.mylist.pop() print(self.mylist) my_pro_list = property(getmylist, setmylist, delmylist, \'Property\') a = A() a.my_pro_list a.my_pro_list = 7 del a.my_pro_list \'\'\' [1, 2, 3, 4] [1, 2, 3, 4, 7] [1, 2, 3, 4] \'\'\'
单利补充:
class SingMetaclass(type): def __call__(self, *args, **kwargs): if not hasattr(self, \'instance\'): # self.instance = super(SingMetaclass, cls).__new__(cls, name, base, attrs) # self.instance = self.__new__(self, *args, **kwargs) # 下面这种方式也行,但是没有注释掉的好理解 self.instance = super().__call__(*args, **kwargs) return self.instance class A(metaclass=SingMetaclass): pass
py27继承顺序,有一种情况和py3不一样,如下图,其中bar没有继承object(经典类)、深度优先,其他情况一样,都是广度优先
# py27 class bar(): def f1(self): print(\'bar\') class A(bar): def f(self): print(\'a\') class C(A): def f(self): print(\'c\') class B(bar): def f1(self): print(\'b\') class D(B): def f1(self): print(\'d\') class E(C,D): def f(self): print(\'e\') e = E() e.f1()
抽象类和抽象方法:
from abc import ABCMeta from abc import abstractmethod class Absclass(metaclass=ABCMeta): # 抽象类+抽象方法,类似接口,约束类 @abstractmethod def f1(self): pass @abstractmethod def f2(self): pass class B(Absclass): # B 需要完全实现抽象类中的抽象方法 def f1(self): pass def f2(self): pass # 如果 B 类中没有完全实现 Absclass 类中的方法话,可以编译过,但是执行的话会报错 def f3(self): pass c = B()
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