Python 2.7 学习笔记 面向对象的编程

Posted 2020-07-02 51kata

python是一种面向对象的语言。本文介绍如何用python进行面向对象的编程。

首先我们说下对象和类，类是一种类型的定义，对象是类的实例。

一、内置对象类型（内置类）

其实我们前面已经大量用到了对象，如字符串、列表、字典等，这些对象的类型是python的内建对象类型。

比如：

a=[]

这其实就是创建了一个空的列表对象，并将它赋值给变量a，变量a就指向了一个列表对象。

那列表对象对应的类是什么呢？其实列表对象对应的类名是list。

我们还可以通过类来创建对象，看下例子：

>>> print list
<type ‘list‘>
>>> a=list()
>>> print a
[]

看以看出 print list 显示list是中类型，而不是报错，如果我们随便 list xxx ，除非已经将xxx声明为变量，肯定会报错。
也可以看出 a=list() 创建了一个空的列表对象。

事实上，通过类创建对象的语法就是  类名()  , 根据类的定义不同，()中可能需要传递参数。

我们再看几个内置对象的创建。

>>> a=tuple()
>>> print a
()
>>> print tuple
<type ‘tuple‘>
>>> a=dict()
>>> print a
{}
>>> print dict
<type ‘dict‘>
>>> a=str(‘hello‘)
>>> print a
hello
>>> print str
<type ‘str‘>

可以看出 元组对象的类名为 tuple ，字典对象的类名为dict， 字符串对象的类名为str

二、自定义类

面向对象的编程，不能只使用内置类型，关键是能自己定义类和创建自定义类的对象。

在python中，通过关键字 class来定义类，我们还是通过举例代码来了解。

1、定义类

举例代码如下

class Dog:
    def setColor(self,color):
        self.color=color
    def getColor(self):
        return self.color
    
        
dog = Dog()
dog.setColor("red")  
print dog.getColor()
print dog.color

上面代码，我们定义了一个Dog类，该类中有2个方法（函数在类中一般称为方法）。
然后我们创建了Dog类的一个对象，并声明了一个全局变量dog,dog变量指向创建的对象。

代码执行的结果输出为：

red

red

看到这个Dog类的定义代码，熟悉java,c#等语言的人可能有些迷惑了？ 对比下java的代码（c#也类似）。

class Dog{
    public String color;
    public void setColor(String color) {
          this.color = color;
    }
    public String getColor(){
          return this.color;
    }
}

上面是java中的对应的Dog类的定义，与python中的定义有较大差异。但调用方式和结果没有区别。

第一个差异是，python中的两个方法的第一个参数都是一个self参数，但在调用时却没有给self参数传值。

在python中，对于类中的方法，与普通的函数相比，有个核心的区别是，方法的第一个参数有着特殊的含义，这也意味着定义方法时至少要定义一个参数。

但是当我们通过对象调用方法时，却不需要给该参数传值，该参数值python解释器来负责传入，代表对象本身。就如同java中的关键字this。

我们例子中取得参数名是 self，注意self并不是关键字，实际上我们可以取任何的合法标识符，只不过因为该参数代表对象本身，self名字上比较贴近。

在方法中引用类中定义的变量和方法，需要通过参数self来引用。

第二个差异是，color这个属性（变量在类中习惯被称为属性）没有在类中定义，在setColor方法中通过 self.color=color 语句就为对象添加了一个属性并给予初始化赋值。

这个是动态语言的特点，动态语言的对象可以在运行期绑定属性和函数。这在后面有详细介绍。

 

上面的代码在setColor方法中为对象添加了color属性，存在的一个问题是，如果在没有调用setColor方法之前，就通过对象引用该属性，比如调用getColor或dog.color，则会报错，因为color还不存在。 这就需要通过类的构造函数来解决。见下面的介绍。

 

2、构造方法

所谓构造方法（其它语言中喜欢叫构造函数），是类中一个特殊的方法，当对象被创建时，会自动被调用，可以在该方法中进行一些对象属性的初始化工作。

既然是自动被调用，其方法名肯定不能和其它普通方法一样，其方法名是随意的，需要约定的。在其它语言中，构造方法的名称一般同类名一样，而在python中，构造方法的名字要求是 __init__ ,注意init前后是连个连续的下划线。

我们来给上面的Dog类增加一个构造方法，其它代码不变，代码如下：

class Dog:
    def __init__(self,color="black"):
        self.color=color
    def setColor(self,color):
        self.color=color
    def getColor(self):
        return self.color    
        
dog = Dog()
print dog.color
print dog.getColor() 
  
dog.setColor("red")  
print dog.color
print dog.getColor()

 可以看出，构造方法__init__有两个参数，一个是强制的self，另一个是color，并且color给了个默认值。
因为构造方法的参数color有默认值，这样创建对象时可以不传参数。 如果没有默认值，就不行，创建对象必须要传入参数。

有了构造方法，当对象创建后，对象就拥有了color属性，后面就可以随便通过self来引用了。

 

3、私有成员

在java等语言中，支持私有成员，私有成员在类的外部不能访问，这增加了类的安全性。

在python中，语言底层是不支持私有成员的，但我们可以给 成员的名字前加 __ ，两个连续的下划线，这样这种命名的成员就不能在类的外部访问了。

举例如下：

class Dog:
    def __init__(self,color="black"):
        self.__color=color
    def __eat(self):
        print "a am eat"
    def getColor(self):
        return self.__color
    def setColor(self,color):
        self.__color=color
        self.__eat()

上面的代码中，我们在color和eat的前面加了__，这样color属性和 eat方法就变成私有成员了，在类的内部可访问，但外部不可访问。

4、类的继承

面向对象编程的一个重要特点就是类的继承，python支持子类可以同时继承多个父类。但是多重继承容易降低代码的可读性和可维护性，正常情况下我们不推荐使用。类的继承语法很简单，声明的格式是 ： class 子类名 （父类名） ，如果有多个父类，()中就可以写多个父类，之间以逗号分隔。

举个例子：

class A:
    def hello(self):
        print "A"
        
class B(A):
    pass        

b = B();
b.hello();

可以看出，类B继承了类A，这样B的对象可以直接使用A中定义的方法。
我们再看下如果父类有构造方法，子类该怎么定义和使用？

class A:
    def __init__(self,msg):
        self.msg = msg
    def hello(self):
        print self.msg
        
class B(A):
    pass        

b = B("hello");
b.hello();

如果子类没有自己特殊要求，就不需要定义自己的的构造方法，则创建子类对象时，直接使用父类的构造方法即可。

我们再看下父类有构造函数，子类也需要自己的构造函数（完成自己的初始化需求），这个怎么实现？

class A:
    def __init__(self,msg):
        self.msg = msg
    def hello(self):
        print self.msg
        
class B(A):
    def __init__(self,othermsg):
        self.othermsg = othermsg  
    def show(self):
        print self.othermsg

b = B("hello");
b.show();
b.hello(); #会报异常

上面代码子类定义了自己的构造方法。执行上述代码，到最后一句 b.hello()会报异常，提示A类中的msg未定义。
这是因为A 类的构造函数没有被执行到。我们需要修改代码如下：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type
class A:
    def __init__(self,msg):
        self.msg = msg
    def hello(self):
        print self.msg
        
class B(A):
    def __init__(self,othermsg,msg):
        super(B,self).__init__(msg);
        self.othermsg = othermsg  
    def show(self):
        print self.othermsg

b = B("hello","good");
b.show();
b.hello();

类A的代码没变，类B增加了一个构造方法，它即需要初始化自己的属性，又需要初始化父类的属性，所有除self外，还有2个参数。
关键是这里用了super这个内置方法，来调用父类的构造方法。

还有一点需要特别注意的是，要想super语句能通过，必须在文件的开头加上  __metaclass__ = type 这个语句。

原因是因为python自身版本的问题，其类的实现机制分为旧式类和新式类，在python3.0中只有新式类了。

新式类的使用中有些新的更好的特性，比如super方法是新式类中的特性。

我们要想在python2.x版本中使用新式类，就必须在文件的开头加上  __metaclass__ = type 这个语句。

正常情况下，我们都应该使用新式类，一来可以使用新特性，二来为了方便将来向python3.0过渡。

 

5、方法的重载

在python中，除构造方法外，并不支持方法重载功能（即一个类中允许存在方法名相同，参数不同的多个方法，调用时根据传入的参数来区别）。如：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type
class A:
    def hello(self):
        print "default"
    def hello(self,msg):
        print msg

上面定义的类，如果我们这么调用
a = A()
a.hello()

这时当执行 a.hello() 语句就会报错，提示没有参数。而如果调用 a.hello("test") 就能成功

这是因为python中，不支持方法重载，可以定义同名方法，但后面的会覆盖前面的。

比如上面的代码，如果我们两个hello方法，换个位置的话， a.hello()就可以运行，但 a.hello("test") 就报错了。

如果要想 a.hello() 和   a.hello("test") 都能通过，则可以通过参数缺省值的方式来实现。如：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type
class A:
    def hello(self,msg="default"):
        print msg
        
a = A()
a.hello()
a.hello("good")

上面代码执行就没有问题，执行后输出为
default
good

6、方法的重写

子类重写父类的方法，是面向对象的重要特性多态的体现。python显然也支持。举例说明：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type
class A:
    def hello(self):
        print "i am A"

class B(A):
    def hello(self):
        print "i am B"
        
a = A()
a.hello()
b = B()
b.hello()

运行上面代码，输出：
i am A
i am B

因为python作为动态语言，变量定义不需要声明类型，所以也不存在父类的变量指向子类的实例的说法了。

 

7、 类的静态成员

 对于一个类来说，其成员可以分成两类，一类是实例成员，一类是类成员（也称为静态成员）。

实例成员是被每个对象拥有，静态成员被类拥有。

在python中，可以用@staticmethod修饰符来标记一个方法是静态方法。举例如：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type

class A:
    @staticmethod
    def fun1():
        pass
    def fun2(self):        
        pass

a = A()
a.fun1()
a.fun2()

A.fun1()
A.fun2()

上述代码最后一个语句 A.fun2() 会报错，因为fun2是实例方法，无法被类直接调用，需要被类的实例（对象）调用。
我们可以在实例方法中通过 self 或 类名 来调用静态方法。但在静态方法中却不能调用实例方法，因为静态方法中无法获取到对象本身，除非我们自己给它加参数。

上面介绍的是静态方法，下面我们看下python类中的静态属性。我们最前面例子中的color属性是实例属性。

直接在类中定义的变量是静态属性，在方法中（包括构造方法中）通过 self.变量名 定义的是实例属性。如：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type

class A:
    name="class"

    def fun(self,name):
        self.name= name;

a = A()
print a.name
print A.name

a.fun("hello")
print a.name
print A.name

A.name = "newclass"
print a.name
print A.name

运行上面代码，看输出，就可以理解静态变量和实例变量的区别。

 

8、对象的动态特点

在java，c++等非动态语言中，我们根据一个类创建了一个对象，这个对象拥有的成员（属性和方法）是固定不变的，就是类中定义的，对于属性，区别只是不同对象有不同的值罢了。

而在python这种动态语言中，创建的对象，还可以动态的绑定属性和方法。

其实从上面的一些例子代码中也可以看出这点，我们在方法中 通过 self.变量名 就可以产生一个对象（实例）变量，而且这个定义可以在任意实例方法中

我们再举个例子。

#coding=utf-8
__metaclass__ = type

def fun(info):
    print info
    
class A:
    pass
    
a= A()   
a.msg="dd"  # 动态绑定属性
a.test = fun #动态绑定方法

print a.msg
a.test("good")

我们也可以将对象自己传给绑定的方法，让绑定的方法可以访问对象中的属性和其它方法，如：

#coding=utf-8
__metaclass__ = type

def fun(self,info):
    print self.msg +","+info
    
class A:
    pass
    
a= A()   
a.msg="dd"  # 动态绑定属性
a.test = fun #动态绑定方法

print a.msg
a.test(a,"good")

这个允许对象可以动态绑定成员的特性是动态语言的一个重要特点。这个特性，有时还是很有用的。
当然，对象动态绑定只影响对象自己，不影响它所关联的类，和其它同一个类创建的对象。