Day31：继承实现的原理

Posted 2020-09-26 maple-shaw

一、继承实现的原来

1、继承顺序

 Python的类可以继承多个类。继承多个类的时候，其属性的寻找的方法有两种，分别是深度优先和广度优先。

如下的结构，新式类和经典类的属性查找顺序都一致。顺序为D--->A--->E--->B--->C。

class E:
    def test(self):
        print(\'from E\')
class A(E):
    def test(self):
        print(\'from A\')
class B:
    def test(self):
        print(\'from B\')
class C:
    def test(self):
        print(\'from C\')
class D(A,B,C):
    def test(self):
        print(\'from D\')
d=D()
d.test()
print(D.mro())  #新式类才可以查看.mro()方法查看查找顺序
\'\'\'
from D
[<class \'__main__.D\'>, <class \'__main__.A\'>, <class \'__main__.E\'>, <class \'__main__.B\'>, <class \'__main__.C\'>, <class \'object\'>]
\'\'\'

如下的结构，新式类和经典类的属性查找顺序就不一样了。

经典类遵循深度优先，其顺序为：F--->E--->B--->A--->F--->C--->G--->D

新式类遵循广度优先，其顺序为：F--->E--->B--->F--->C--->G--->D--->A

 2、继承原理

python到底是如何实现继承的，对于你定义的每一个类，python会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表，这个MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表，例如：

print(D.mro())
\'\'\'
[<class \'__main__.D\'>, <class \'__main__.A\'>, <class \'__main__.E\'>, <class \'__main__.B\'>, <class \'__main__.C\'>, <class \'object\'>]
\'\'\'

为了实现继承，python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。
而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。我们不去深究这个算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表并遵循如下三条准则：
1.子类会先于父类被检查。
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查。
3.如果对下一个类存在两个合法的选择，选择第一个父类。

 二、子类中调用父类的方法

子类继承了父类的方法，然后想进行修改，注意了是基于原有的基础上修改，那么就需要在子类中调用父类的方法。

方法一：父类名.父类方法（）

#_*_coding:utf-8_*_

class Vehicle: #定义交通工具类
     Country=\'China\'
     def __init__(self,name,speed,load,power):
         self.name=name
         self.speed=speed
         self.load=load
         self.power=power

     def run(self):
         print(\'开动啦...\')

class Subway(Vehicle): #地铁
    def __init__(self,name,speed,load,power,line):
        Vehicle.__init__(self,name,speed,load,power)
        self.line=line

    def run(self):
        print(\'地铁%s号线欢迎您\' %self.line)
        Vehicle.run(self)

line13=Subway(\'中国地铁\',\'180m/s\',\'1000人/箱\',\'电\',13)
line13.run()

View Code

 方法二：super()

class Vehicle: #定义交通工具类
     Country=\'China\'
     def __init__(self,name,speed,load,power):
         self.name=name
         self.speed=speed
         self.load=load
         self.power=power

     def run(self):
         print(\'开动啦...\')

class Subway(Vehicle): #地铁
    def __init__(self,name,speed,load,power,line):
        #super(Subway,self) 就相当于实例本身 在python3中super()等同于super(Subway,self)
        super().__init__(name,speed,load,power)
        self.line=line

    def run(self):
        print(\'地铁%s号线欢迎您\' %self.line)
        super(Subway,self).run()

class Mobike(Vehicle):#摩拜单车
    pass

line13=Subway(\'中国地铁\',\'180m/s\',\'1000人/箱\',\'电\',13)
line13.run()

View Code

 不用super引发的惨案

#每个类中都继承了且重写了父类的方法
class A:
    def __init__(self):
        print(\'A的构造方法\')
        
class B(A):
    def __init__(self):
        print(\'B的构造方法\')
        A.__init__(self)
class C(A):
    def __init__(self):
        print(\'C的构造方法\')
        A.__init__(self)
        
class D(B,C):
    def __init__(self):
        print(\'D的构造方法\')
        B.__init__(self)
        C.__init__(self)
f1=D()
print(D.__mro__) 
\'\'\'
D的构造方法
B的构造方法
A的构造方法
C的构造方法
A的构造方法
(<class \'__main__.D\'>, <class \'__main__.B\'>, <class \'__main__.C\'>, <class \'__main__.A\'>, <class \'object\'>)
\'\'\'

 使用super()的结果

class A:
    def __init__(self):
        print(\'A的构造方法\')

class B(A):
    def __init__(self):
        print(\'B的构造方法\')
        super().__init__()    #super(B,self).__init__()
class C(A):
    def __init__(self):
        print(\'C的构造方法\')
        super().__init__()    #super(C,self).__init__()

class D(B,C):
    def __init__(self):
        print(\'D的构造方法\')
        super().__init__()    #super(D,self).__init__()
        # C.__init__(self)
f1=D()
print(D.__mro__)
\'\'\'
D的构造方法
B的构造方法
C的构造方法
A的构造方法
(<class \'__main__.D\'>, <class \'__main__.B\'>, <class \'__main__.C\'>, <class \'__main__.A\'>, <class \'object\'>)
\'\'\'

 当你使用super()函数时，Python会在MRO列表上继续搜索下一个类。只要每个重定义的方法统一使用super()并只调用它一次，那么控制流最终会遍历完整个MRO列表,每个方法也只会被调用一次（注意注意注意：使用super调用的所有属性，都是从MRO列表当前的位置往后找，千万不要通过看代码去找继承关系，一定要看MRO列表）

三、封装

1、要封装什么

封装数据和方法

2、为什么要封装

封装不是单纯意义的隐藏：

　　1：封装数据的主要原因是：保护隐私

　　2：封装方法的主要原因是：隔离复杂度

3、封装分为两个层面

封装其实分为两个层面，但无论哪种层面的封装，都要对外界提供好访问你内部隐藏内容的接口（接口可以理解为入口，有了这个入口，使用者无需且不能够直接访问到内部隐藏的细节，只能走接口，并且我们可以在接口的实现上附加更多的处理逻辑，从而严格控制使用者的访问。

第一个层面的封装（什么都不用做）：创建类和对象会分别创建二者的名称空间，我们只能用类名.或者obj.的方式去访问里面的名字，这本身就是一种封装。

注意：对于这一层面的封装（隐藏），类名.和实例名.就是访问隐藏属性的接口

第二个层面的封装：类中把某些属性和方法隐藏起来(或者说定义成私有的)，只在类的内部使用、外部无法访问，或者留下少量接口（函数）供外部访问。

在python中用双下划线的方式实现隐藏属性（设置成私有的）

类中所有双下划线开头的名称如__x都会自动变形成：_类名__x的形式：

class A:
    __N=0 #类的数据属性就应该是共享的,但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为_A__N
    def __init__(self):
        self.__X=10 #变形为self._A__X
    def __foo(self): #变形为_A__foo
        print(\'from A\')
    def bar(self):
        self.__foo() #只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到.

class Teacher:
    def __init__(self,name,age):
        self.__name=name
        self.__age=age

    def tell_info(self):
        print(\'姓名:%s,年龄:%s\' %(self.__name,self.__age))
    def set_info(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError(\'姓名必须是字符串类型\')
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError(\'年龄必须是整型\')
        self.__name=name
        self.__age=age

t=Teacher(\'egon\',18)
t.tell_info()

t.set_info(\'egon\',19)
t.tell_info()

这种自动变形的特点：

1.类中定义的__x只能在内部使用，如self.__x，引用的就是变形的结果。

2.这种变形其实正是针对外部的变形，在外部是无法通过__x这个名字访问到的。

2.在子类定义的__x不会覆盖在父类定义的__x，因为子类中变形成了：_子类名__x,而父类中变形成了：_父类名__x，即双下滑线开头的属性在继承给子类时，子类是无法覆盖的。

注意：对于这一层面的封装（隐藏），我们需要在类中定义一个函数（接口函数）在它内部访问被隐藏的属性，然后外部就可以使用了。

 

这种变形需要注意的问题是：

1.这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性，知道了类名和属性名就可以拼出名字：_类名__属性，然后就可以访问了，如a._A__N

2.变形的过程只在类的定义是发生一次,在定义后的赋值操作，不会变形。

3.在继承中，父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以将方法定义为私有的。

#正常情况
>>> class A:
...     def fa(self):
...         print(\'from A\')
...     def test(self):
...         self.fa()
... 
>>> class B(A):
...     def fa(self):
...         print(\'from B\')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from B

#把fa定义成私有的，即__fa
>>> class A:
...     def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
...         print(\'from A\')
...     def test(self):
...         self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
... 
>>> class B(A):
...     def __fa(self):
...         print(\'from B\')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from A

python并不会真的阻止你访问私有的属性，模块也遵循这种约定，如果模块名以单下划线开头，那么from module import *时不能被导入,但是你from module import _private_module依然是可以导入的

其实很多时候你去调用一个模块的功能时会遇到单下划线开头的(socket._socket,sys._home,sys._clear_type_cache),这些都是私有的，原则上是供内部调用的，作为外部的你，一意孤行也是可以用的，只不过显得稍微傻逼一点点。

4、特性（property）

1.什么是特性property

property是一种特殊的属性，访问它时会执行一段功能（函数）然后返回值

例一：BMI指数（bmi是计算而来的，但很明显它听起来像是一个属性而非方法，如果我们将其做成一个属性，更便于理解）

成人的BMI数值：

过轻：低于18.5

正常：18.5-23.9

过重：24-27

肥胖：28-32

非常肥胖, 高于32

体质指数（BMI）=体重（kg）÷身高^2（m）

EX：70kg÷（1.75×1.75）=22.86

class People:
    def __init__(self,name,weight,height):
        self.name=name
        self.weight=weight
        self.height=height
    @property
    def bmi(self):
        return self.weight / (self.height**2)

p1=People(\'egon\',75,1.85)
print(p1.bmi)

例二、圆的周长和面积

import math
class Circle:
    def __init__(self,radius): #圆的半径radius
        self.radius=radius

    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius**2 #计算面积

    @property
    def perimeter(self):
        return 2*math.pi*self.radius #计算周长

c=Circle(10)
print(c.radius)
print(c.area) #可以向访问数据属性一样去访问area,会触发一个函数的执行,动态计算出一个值
print(c.perimeter) #同上
\'\'\'
输出结果:
314.1592653589793
62.83185307179586
\'\'\'

注意：此时的特性arear和perimeter不能被赋值

c.area=3 #为特性area赋值
\'\'\'
抛出异常:
AttributeError: can\'t set attribute
\'\'\'

2.为什么要用property

将一个类的函数定义成特性以后，对象再去使用的时候obj.name,根本无法察觉自己的name是执行了一个函数然后计算出来的，这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则。

ps：面向对象的封装有三种方式:
【public】
这种其实就是不封装,是对外公开的
【protected】
这种封装方式对外不公开,但对朋友(friend)或者子类公开
【private】
这种封装对谁都不公开

 

python并没有在语法上把它们三个内建到自己的class机制中，在C++里一般会将所有的所有的数据都设置为私有的，然后提供set和get方法（接口）去设置和获取，在python中通过property方法可以实现。

class Foo:
    def __init__(self,val):
        self.__NAME=val #将所有的数据属性都隐藏起来

    @property
    def name(self):
        return self.__NAME #obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)

    @name.setter
    def name(self,value):
        if not isinstance(value,str):  #在设定值之前进行类型检查
            raise TypeError(\'%s must be str\' %value)
        self.__NAME=value #通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME

    @name.deleter
    def name(self):
        raise TypeError(\'Can not delete\')

f=Foo(\'egon\')
print(f.name)
# f.name=10 #抛出异常\'TypeError: 10 must be str\'
del f.name #抛出异常\'TypeError: Can not delete\'

class People:
    def __init__(self,name,age,sex,height,weight,permission=False):
        self.__name=name
        self.__age=age
        self.__sex=sex
        self.__height=height
        self.__weight=weight
        self.permission=permission

    @property
    def name(self):
        return self.__name

    @name.setter
    def name(self,val):
        if not isinstance(val,str):
            raise  TypeError(\'must be str\')
        self.__name=val

    @name.deleter
    def name(self):
        if not self.permission:
            raise PermissionError(\'不让删\')
        del self.__name

egon=People(\'egon\',18,\'male\',1.79,70)


# print(egon.name)

# egon.name=123
# print(egon.name)
print(egon.permission)
egon.permission=True
del egon.name

print(egon.name)

教师实例

 四、课后作业

一：要求：1、定义老师类，定义日期类，建立关系：老师有生日。
　　　　　2、将老师的的生日属性隐藏起来，并且使用property对外提供访问生日的接口，格式为：
　　　　　　Teacher：alex，Birth：1900-3-43
　　　　　3、为每个对象定义绑定方法save，obj.save就可以将对象序列化保存到文件中。

 1 # -*- coding:utf-8 -*-
 2 import pickle
 3 class Date:
 4     def __init__(self,year,mon,day):
 5         self.year=year
 6         self.mon=mon
 7         self.day=day
 8 class Teacher:
 9     def __init__(self,name,age,sex,year,mon,day):
10         Date.__init__(self,year,mon,day)
11         self.name=name
12         self.age=age
13         self.sex=sex
14         self.__birth=Date(year,mon,day)
15     @property
16     def birth(self):
17         print(\'Teacher: %s, Birth: %s-%s-%s\'%(self.name,self.__birth.year,self.__birth.mon,self.__birth.day))
18     @birth.setter
19     def birth(self,date):
20         if not (isinstance(date,str) and date.count(\'-\')==2):
21             raise TypeError(\'格式错误 dd-dd-dd\')
22         date=date.split(\'-\')
23         self.__birth=Date(date[0],date[1],date[2])
24     @property
25     def save(self):
26         with open(\'%s\'%self.name,\'wb\')as f:
27             pickle.dump(self,f)
28 egon=Teacher(\'egon\',18,\'male\',1990,11,11)
29 egon.birth
30 egon.birth=\'1990-11-12\'
31 egon.birth
32 # egon.save
33 
34 with open(\'egon\',\'rb\')as f:
35     a=pickle.load(f)
36     print(a.__dict__)

参考答案

 二：定义Circle类（圆），属性为半径，对外提供访问圆的周长和面积的属性接口。

 1 from math import pi as PI
 2 class Circle:
 3     def __init__(self,radius):
 4         self.radius=radius
 5     @property
 6     def circ(self):
 7         print(\'圆的周长为：%f\'%(2*PI*self.radius))
 8     @property
 9     def area(self):
10         print(\'圆的面积为：%f\'%(PI*self.radius**2))
11 
12 a=Circle(10)
13 a.circ
14 a.area
15 \'\'\'
16 圆的周长为：62.831853
17 圆的面积为：314.159265
18 \'\'\'

参考答案