[Python] Python面向对象程序设计及Property装饰器

Python面向对象设计特点

• 具有面向对象的所有特征：封装、继承、多态；
• 所有类的父类为object；
• 子类可以对父类的任何方法都可能进行重写；
• Python中没有提供重载和访问控制，但是属性可以用特殊名进行访问控制

类

定义类

类定义格式如下：

class ClassName:
    suite
class ClassName(base_Class):
    suite

属性和方法

在java和C++中，分别提供了this引用和this指针，表示当前的调用对象或指针，在Python中，则提供了类似的self参数，在对方法进行调用时，会自动提供self参数，但是必须在参数列表中包含该参数，因此，方法的定义格式如下：

def method(self):
    suite

有了self参数，类的属性就是通过self参数来存取，如：

def method(self,x,y):
        self.x = x
        self.y = y

完整的类定义如下：

class Animal:
    def __init__(self,name="Animal",age=0):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print("{0} eat".format(self.name))

    def __eq__(self, other):
        return self.name == other.name and self.age == other.age

    def __repr__(self):
        return "Animal('{0}',{1}".format(self.name, self.age)

    def __str__(self):
        return "Animal({0},{1}".format(self.name, self.age)

其中以__开头和结尾的方法都来自于基类object,当定义好类后，就可以导入类所在模块后使用了，如：

import Module_Animal
dog = Module_Animal.Animal("Dog")
dog.eat()

如果想要定义一个私有的属性，则在属性前面加上__就变为私有了，如：

class Animal:
    def __init__(self,name="Animal",age=0):
        self.__name = name
        self.age = age

if __name__ == "__main__":

    dog = Dog()
    print(dog.__name)    # AttributeError: 'Dog' object has no attribute '__name'

基本特殊方法

__new()__和__init()__方法：
和其他语言不同，Python中要创建一个对象，当调用dog = Module_Animal.Animal("Dog")时，执行了两个步骤:

• 第一步，使用__new__()方法创建该对象；
• 第二步，使用__init__()方法对其进行初始化；

在创建类时，应该重写__init__()方法进行初始化，__new__()不必须进行重写。在创建对象时如果发现没有提供，则自动调用object.__new__()。
如果重写了__init__()方法并且想要调用基类该方法，则可以通过super()方法：

def __init__(self):
    super().__init__()

__eq__(self, other)和__ne__(self, other)方法：
这两个方法用于两个对象之间进行比较，对于__eq__(),如果self和other相等，则返回True;对于__ne__(),如果self和other不等，则返回True，如：

dog = Animal("Dog")
dog.eat()
cat = Animal("cat")
cat.eat()
print(dog == cat)   # return False
isEqual = dog.__eq__(cat)
isNotEqual = dog.__ne__(cat)
print(isEqual) # return False
print(isNotEqual)  # return True

• 默认情况下，所有的自定义类都支持==进行比较，但总是返回False(除非dog == dog),因此可以通过__eq__()来实现比较操作。
• 如果提供了__eq__()方法但没有提供__ne__()方法，Python会自动提供__ne__()和!=操作符；如果没有提供__eq__(),调用结果为NotImplemented。
• 默认情况下，自定义类的所有实例都是可哈希运算的，可以调用__hash__()方法，也可以作为字典的键，但是如果重写了__eq__()方法，则该类的实例就不是可哈希运算的了。
• 应避免非同类型间进行比较，可用内置函数isInstance(obj,Obj)处理，第一个参数为对象，第二个为类型，如：

def __eq__(self, other):
    if not isinstance(other,Animal):
        return NotImplementedError
    return self.name == other.name and self.age == other.age

• 对于比较操作符，Python中都提供了特殊的方法：
  
  • __le__(self,other):self <= other,返回Ture
  • __lt__(self,other):self < other,返回Ture
  • __ge__(self,other):self >= other,返回Ture
  • __gt__(self,other):self > other,返回Ture
  • __ne__(self,other):self != other,返回Ture
  • __eq__(self,other):self == other,返回Ture

__repr__()和__str__()方法：
调用内置repr()函数时，会调用给定对象的__repr__()方法，该方法用于返回一个特殊的字符串，该字符串可通过内置eval()函数生成一个Python对象，如：

def __repr__(self):
    return "Animal('{0}',{1})".format(self.name,self.age)
if __name__ == "__main__":
    cat = Animal("Cat")
    ani = eval(repr(cat))  # return Animal('Cat',0)
    print(ani)  # Animal(Cat,0)

调用内置函数str()时，会调用给定对象的__str__()方法，该方法也会返回一个字符串，和__repr__()的区别主要是该方法产生的字符串主要是便于理解，而不是为了传递给eval()函数。
如：

def __str__(self):
    return "Animal({0},{1})".format(self.name, self.age)
    print(str(ani))  # Animal(Cat,0)

• 如果实现了__repr__()而没有实现__str__()时，则在调用str()、print(obj)时也会执行__repr__()方法。
  __hash__()方法：
  默认情况下，所有的类都是可以哈希运算的，但是如果类实现了__eq__()方法，那么则不可进行哈希运算，通过提供该方法可以使类能狗进行哈希运算，实现如下：

def __hash__(self):
    return hash(id(self))

内置hash()方法根据独一无二的ID来计算哈希值，内置id()方法返回一个独一无二的整数。

继承和多态

Python中定义一个类继承另一个类格式如下：

class Subclass(BaseClass):
    suite

子类可以对父类的方法进行重写，如果子类想调用父类的方法，可以使用super()进行调用，如：

class Animal:
    def __init__(self,name="Animal",age=0):
        self.__name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('Animal is eating')

    def shout(self):
        print("Animal is shouting")


class Dog(Animal):
    def __init__(self,name="Dog",age=0):
        # 调用Animal的__init__()方法
        super().__init__()
        self.name = name
        self.age = age

    def shout(self):
        print("Dog is Shouting")

    def eat(self):
        print("Dog is eating")

class Cat(Animal):
    def __init__(self,name="Cat"):
        self.name = name

    def shout(self):
        print("Cat is shouting")

    def eat(self):
        print("Cat is eating")

在java等面向对象语言中，多态是指子类的引用指向父类的实例，但是在Python中，可能不能用这种方式来理解，因为Python中定义一个变量或对象并不需要声明数据类型，因此对于Python而言，其多态的表现形式就是：如果子类对父类方法进行了覆盖，则子类对象调用该方法时，会调用子类对方法的实现。如：

if __name__ == "__main__":

    ani = Animal()
    dog = Dog()
    cat = Cat()
    ani.eat()  # Animal is eating
    dog.eat()  # Dog is eating
    cat.eat()  # Cat is eating

python提供了isinstance(o,Obj)方法,可以判断对象o是否是Obj类型，因此，在使用多态时，可以这样使用：

# 定义一个函数
def animal_eat(animal):
    animal.eat()

if isinstance(dog,Animal):
    animal_eat(dog) # Dog is eating
if isinstance(cat,Animal):
    animal_eat(cat) # Cat is eating

property装饰器

在面向对象的设计中，常常要将属性进行封装，提供setter/getter方法对属性进行操作，Python中也可以提供setter/getter进行对属性的封装，从而保证数据的安全性，但是并不推荐使用，因为有更优的方式可以属性的安全性，下面逐步进行分析。
现在定义一个类：

import math

class Circle:

    def __init__(self, radius, x=0, y=0):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return math.pi * (self.radius ** 2)


if __name__ == "__main__":

    c1 = Circle(2)
    c1.radius = -3
    print(c1.area())  
    print(c1.radius)  # -3

可以看到，属性radius有可能被设置为不合理的值，因此，可以将radius设置为私有属性，同时提供setter/getter方法对其进行设置，修改该类实现如下：

class Circle:

    def __init__(self, radius, x=0, y=0):
        if radius <= 0: 
            self.__radius = 1
        self.__radius = radius

    def set_radius(self, radius):
        assert radius >= 0, "radius can't be zero"
        self.__radius = radius

    def get_radius(self):
        return self.__radius


if __name__ == "__main__":

    c1 = Circle(2)
    c1.set_radius(-3)  # AssertionError: radius can't be zero
    print(c1.area())
    print(c1.get_radius())  # 2

通过setter/getter可以将属性封装起来，可以保证属性的安全性，但是这种方式比较繁琐，在Python中，更倾向于使用Property装饰器，使用方式如下：

import math
class Circle:

    def __init__(self, radius, x=0,y=0):
        self.radius = radius

    @property  # 创建一个radius特性，并且作为getter方法
    def radius(self):
        return self.__radius

    def area(self):
        return (self.radius ** 2)*math.pi

    @radius.setter  #  设置radius的setter方法
    def radius(self, radius):
        assert radius >0, "radius can't be zero"
        self.__radius = radius


if __name__ == "__main__":

    c1 = Circle(2)
    c1.radius = 7  #调用radius.setter
    print(c1.radius)  # 调用radius.getter
    print(c1.area)

Property装饰器是一个函数，该函数以一个方法作为参数，并返回修饰后的版本。但是通常并不使用该方法，而是通过@符号来标记，如上例所示。property()是一个内置函数，至多可以接受四个参数：get参数、set参数、delete参数、docstring参数。@property相当于property（get）。
在上例中，创建了一个__radius私有属性，然后通过property装饰器进行其getter、setter的设置。需要注意：

• getter和setter有同样的名称，如def radius(self);
• 当使用@property创建特性后，每个创建的特性都包含getter、setter、deleter、docstring等属性，并且都是可用的。
• getter为@property设置的方法，其他属性由python设置。

当创建radius装饰器后，就可以通过radius.setter和radius.getter获取和设置__radius属性了，同时保证了私有属性的安全性，如：

c1.radius = 0  # AssertionError: radius can't be zero
c1.radius = 3  # 调用radius(self,radius)，相当于radius.setter
print(c1.radius)  # 2  调用radius.setter