python面向对象总结

Posted 2022-02-21 wen-hai

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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面向对象总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

三大支柱：封装、继承、多态

例子：工资结算系统。

"""
月薪结算系统 - 部门经理每月15000 程序员每小时200 销售员1800底薪加销售额5%提成
"""
from abc import ABCMeta, abstractmethod


class Employee(metaclass=ABCMeta):
    """员工(抽象类)"""

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

    @abstractmethod
    def get_salary(self):
        """结算月薪(抽象方法)"""
        pass


class Manager(Employee):
    """部门经理"""

    def get_salary(self):
        return 15000.0


class Programmer(Employee):
    """程序员"""

    def __init__(self, name, working_hour=0):
        self.working_hour = working_hour
        super().__init__(name)

    def get_salary(self):
        return 200.0 * self.working_hour


class Salesman(Employee):
    """销售员"""

    def __init__(self, name, sales=0.0):
        self.sales = sales
        super().__init__(name)

    def get_salary(self):
        return 1800.0 + self.sales * 0.05


class EmployeeFactory():
    """创建员工的工厂（工厂模式 - 通过工厂实现对象使用者和对象之间的解耦合）"""

    @staticmethod
    def create(emp_type, *args, **kwargs):
        """创建员工"""
        emp_type = emp_type.upper()
        emp = None
        if emp_type == ‘M‘:
            emp = Manager(*args, **kwargs)
        elif emp_type == ‘P‘:
            emp = Programmer(*args, **kwargs)
        elif emp_type == ‘S‘:
            emp = Salesman(*args, **kwargs)
        return emp


def main():
    """主函数"""
    emps = [
        EmployeeFactory.create(‘M‘, ‘曹操‘), 
        EmployeeFactory.create(‘P‘, ‘荀彧‘, 120),
        EmployeeFactory.create(‘P‘, ‘郭嘉‘, 85), 
        EmployeeFactory.create(‘S‘, ‘典韦‘, 123000),
    ]
    for emp in emps:
        print(‘%s: %.2f元‘ % (emp.name, emp.get_salary()))


if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

类与类之间的关系

is-a关系：继承
has-a关系：关联 / 聚合 / 合成
use-a关系：依赖

例子：扑克游戏。

"""
经验：符号常量总是优于字面常量，枚举类型是定义符号常量的最佳选择
"""
from enum import Enum, unique

import random


@unique
class Suite(Enum):
    """花色"""

    SPADE, HEART, CLUB, DIAMOND = range(4)

    def __lt__(self, other):
        return self.value < other.value


class Card():
    """牌"""

    def __init__(self, suite, face):
        """初始化方法"""
        self.suite = suite
        self.face = face

    def show(self):
        """显示牌面"""
        suites = [‘♠?‘, ‘♥?‘, ‘♣?‘, ‘♦?‘]
        faces = [‘‘, ‘A‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘, ‘10‘, ‘J‘, ‘Q‘, ‘K‘]
        return f‘suites[self.suite.value] faces[self.face]‘

    def __str__(self):
        return self.show()

    def __repr__(self):
        return self.show()


class Poker():
    """扑克"""

    def __init__(self):
        self.index = 0
        self.cards = [Card(suite, face)
                      for suite in Suite
                      for face in range(1, 14)]

    def shuffle(self):
        """洗牌（随机乱序）"""
        random.shuffle(self.cards)
        self.index = 0

    def deal(self):
        """发牌"""
        card = self.cards[self.index]
        self.index += 1
        return card

    @property
    def has_more(self):
        return self.index < len(self.cards)


class Player():
    """玩家"""

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.cards = []

    def get_one(self, card):
        """摸一张牌"""
        self.cards.append(card)

    def sort(self, comp=lambda card: (card.suite, card.face)):
        """整理手上的牌"""
        self.cards.sort(key=comp)


def main():
    """主函数"""
    poker = Poker()
    poker.shuffle()
    players = [Player(‘东邪‘), Player(‘西毒‘), Player(‘南帝‘), Player(‘北丐‘)]
    while poker.has_more:
        for player in players:
                player.get_one(poker.deal())
    for player in players:
        player.sort()
        print(player.name, end=‘: ‘)
        print(player.cards)


if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

说明：上面的代码中使用了Emoji字符来表示扑克牌的四种花色，在某些不支持Emoji字符的系统上可能无法显示。

对象的复制（深复制/深拷贝/深度克隆和浅复制/浅拷贝/影子克隆）
垃圾回收、循环引用和弱引用

Python使用了自动化内存管理，这种管理机制以引用计数为基础，同时也引入了标记-清除和分代收集两种机制为辅的策略。
```
typedef struct_object 
    /* 引用计数 */
    int ob_refcnt;
    /* 对象指针 */
    struct_typeobject *ob_type;
 PyObject;
```
```
/* 增加引用计数的宏定义 */
#define Py_INCREF(op)   ((op)->ob_refcnt++)
/* 减少引用计数的宏定义 */
#define Py_DECREF(op) \ //减少计数
    if (--(op)->ob_refcnt != 0)         ;     else         __Py_Dealloc((PyObject *)(op))
```
导致引用计数+1的情况：
- 对象被创建，例如a = 23
- 对象被引用，例如b = a
- 对象被作为参数，传入到一个函数中，例如f(a)
- 对象作为一个元素，存储在容器中，例如list1 = [a, a]
导致引用计数-1的情况：
- 对象的别名被显式销毁，例如del a
- 对象的别名被赋予新的对象，例如a = 24
- 一个对象离开它的作用域，例如f函数执行完毕时，f函数中的局部变量（全局变量不会）
- 对象所在的容器被销毁，或从容器中删除对象
引用计数可能会导致循环引用问题，而循环引用会导致内存泄露，如下面的代码所示。为了解决这个问题，Python中引入了“标记-清除”和“分代收集”。在创建一个对象的时候，对象被放在第一代中，如果在第一代的垃圾检查中对象存活了下来，该对象就会被放到第二代中，同理在第二代的垃圾检查中对象存活下来，该对象就会被放到第三代中。
```
# 循环引用会导致内存泄露 - Python除了引用技术还引入了标记清理和分代回收
# 在Python 3.6以前如果重写__del__魔术方法会导致循环引用处理失效
# 如果不想造成循环引用可以使用弱引用
list1 = []
list2 = [] 
list1.append(list2)
list2.append(list1)
```
以下情况会导致垃圾回收：
- 调用gc.collect()
- gc模块的计数器达到阀值
- 程序退出
如果循环引用中两个对象都定义了__del__方法，gc模块不会销毁这些不可达对象，因为gc模块不知道应该先调用哪个对象的__del__方法，这个问题在Python 3.6中得到了解决。

也可以通过weakref模块构造弱引用的方式来解决循环引用的问题。
魔法属性和方法（请参考《Python魔法方法指南》）

有几个小问题请大家思考：
- 自定义的对象能不能使用运算符做运算？
- 自定义的对象能不能放到set中？能去重吗？
- 自定义的对象能不能作为dict的键？
- 自定义的对象能不能使用上下文语法？

混入（Mixin）

例子：自定义字典限制只有在指定的key不存在时才能在字典中设置键值对。

class SetOnceMappingMixin():
    """自定义混入类"""
    __slots__ = ()

    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self:
            raise KeyError(str(key) + ‘ already set‘)
        return super().__setitem__(key, value)


class SetOnceDict(SetOnceMappingMixin, dict):
    """自定义字典"""
    pass


my_dict= SetOnceDict()
try:
    my_dict[‘username‘] = ‘jackfrued‘
    my_dict[‘username‘] = ‘hellokitty‘
except KeyError:
    pass
print(my_dict)

元编程和元类

例子：用元类实现单例模式。

import threading


class SingletonMeta(type):
    """自定义元类"""

    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        cls.__instance = None
        cls.__lock = threading.Lock()
        super().__init__(*args, **kwargs)

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls.__instance is None:
            with cls.__lock:
                if cls.__instance is None:
                    cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls.__instance


class President(metaclass=SingletonMeta):
    """总统(单例类)"""
    pass

面向对象设计原则
- 单一职责原则（SRP）- 一个类只做该做的事情（类的设计要高内聚）
- 开闭原则（OCP）- 软件实体应该对扩展开发对修改关闭
- 依赖倒转原则（DIP）- 面向抽象编程（在弱类型语言中已经被弱化）
- 里氏替换原则（LSP） - 任何时候可以用子类对象替换掉父类对象
- 接口隔离原则（ISP）- 接口要小而专不要大而全（Python中没有接口的概念）
- 合成聚合复用原则（CARP） - 优先使用强关联关系而不是继承关系复用代码
- 最少知识原则（迪米特法则，LoD）- 不要给没有必然联系的对象发消息
说明：上面加粗的字母放在一起称为面向对象的SOLID原则。

GoF设计模式

创建型模式：单例、工厂、建造者、原型
结构型模式：适配器、门面（外观）、代理
行为型模式：迭代器、观察者、状态、策略

例子：可插拔的哈希算法。

class StreamHasher():
    """哈希摘要生成器(策略模式)"""

    def __init__(self, alg=‘md5‘, size=4096):
        self.size = size
        alg = alg.lower()
        self.hasher = getattr(__import__(‘hashlib‘), alg.lower())()

    def __call__(self, stream):
        return self.to_digest(stream)

    def to_digest(self, stream):
        """生成十六进制形式的摘要"""
        for buf in iter(lambda: stream.read(self.size), b‘‘):
            self.hasher.update(buf)
        return self.hasher.hexdigest()

def main():
    """主函数"""
    hasher1 = StreamHasher()
    with open(‘Python-3.7.1.tgz‘, ‘rb‘) as stream:
        print(hasher1.to_digest(stream))
    hasher2 = StreamHasher(‘sha1‘)
    with open(‘Python-3.7.1.tgz‘, ‘rb‘) as stream:
        print(hasher2(stream))


if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

以上是关于python面向对象总结的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章