21 天 Python 计划：面向对象高级

前言

Python是一种强大且易于学习的编程语言。通过这个21天的计划，我们将逐步深入面向对象高级。无论你是初学者还是有一定基础的开发者，这个计划都将帮助你巩固和扩展你的Python知识。

在学习本篇之前，我们先复习一下前面的内容：
day1：Python下载和开发工具介绍
day2：数据类型、字符编码、文件处理
day3：基础语法与课外练习
day4：函数简单介绍
day5：模块与包
day6：常用模块介绍
day7：面向对象

一、isinstance(obj, cls) 和 issubclass(sub, super)

功能介绍

• isinstance(obj, cls)：用于检查对象 obj是否是类 cls或其派生类的实例。
• issubclass(sub, super)：用于检查类 sub是否是类 super的子类。

代码示例

class Animal:
    pass

class Dog(Animal):
    pass

dog = Dog()

# 检查对象是否是某个类的实例
print(isinstance(dog, Dog))  # 输出: True
print(isinstance(dog, Animal))  # 输出: True

# 检查类是否是某个类的子类
print(issubclass(Dog, Animal))  # 输出: True

二、反射

功能介绍

反射是指在运行时动态地获取对象的属性和方法，以及调用这些属性和方法。Python 提供了几个内置函数来实现反射，如 getattr()、setattr()、hasattr()和 delattr()。

代码示例

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

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")

p = Person("Alice")

# 检查对象是否有某个属性
print(hasattr(p, 'name'))  # 输出: True

# 获取对象的属性
name = getattr(p, 'name')
print(name)  # 输出: Alice

# 设置对象的属性
setattr(p, 'age', 25)
print(p.age)  # 输出: 25

# 删除对象的属性
delattr(p, 'age')
print(hasattr(p, 'age'))  # 输出: False

# 调用对象的方法
if hasattr(p, 'say_hello'):
    method = getattr(p, 'say_hello')
    method()  # 输出: Hello, my name is Alice.

三、setattr、delattr、getattr

功能介绍

• setattr：当给对象的属性赋值时，会自动调用该方法。
• delattr：当删除对象的属性时，会自动调用该方法。
• getattr：当访问对象不存在的属性时，会自动调用该方法。

代码示例

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.data = {}

    def __setattr__(self, name, value):
        if name == 'data':
            # 正常设置 data 属性
            super().__setattr__(name, value)
        else:
            # 将其他属性存储在 data 字典中
            self.data[name] = value

    def __delattr__(self, name):
        if name in self.data:
            del self.data[name]
        else:
            super().__delattr__(name)

    def __getattr__(self, name):
        if name in self.data:
            return self.data[name]
        else:
            raise AttributeError(f"'MyClass' object has no attribute '{name}'")

obj = MyClass()
obj.x = 10
print(obj.x)  # 输出: 10
del obj.x
print(hasattr(obj, 'x'))  # 输出: False

四、二次加工标准类型（包装）

功能介绍

通过继承标准类型（如 list、dict 等），可以对其进行二次加工，添加额外的功能。

代码示例

class MyList(list):
    def append_unique(self, item):
        if item not in self:
            super().append(item)

my_list = MyList()
my_list.append_unique(1)
my_list.append_unique(2)
my_list.append_unique(1)
print(my_list)  # 输出: [1, 2]

五、getattribute

功能介绍

__getattribute__是在访问对象的任何属性时都会调用的方法。需要注意的是，如果在该方法中不小心再次访问对象的属性，可能会导致无限递归。

代码示例

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.value = 10

    def __getattribute__(self, name):
        if name == 'value':
            return super().__getattribute__(name) * 2
        return super().__getattribute__(name)

obj = MyClass()
print(obj.value)  # 输出: 20

六、描述符（get、set、delete）

功能介绍

描述符是一种实现了 get、__set__或 delete 方法的对象。它可以用来控制对象属性的访问、赋值和删除操作。

代码示例

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

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is None:
            return self
        return instance.__dict__[self.name]

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, int):
            raise TypeError(f"{self.name} must be an integer.")
        instance.__dict__[self.name] = value

    def __delete__(self, instance):
        del instance.__dict__[self.name]

class MyClass:
    x = Integer('x')

obj = MyClass()
obj.x = 10
print(obj.x)  # 输出: 10
try:
    obj.x = 'abc'
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出: x must be an integer.

七、再看 property

功能介绍

property是 Python 内置的一个装饰器，用于将方法转换为属性。它可以实现属性的只读、只写或读写操作。

代码示例

class Person:
    def __init__(self, name):
        self._name = name

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

    @name.setter
    def name(self, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError("Name must be a string.")
        self._name = value

p = Person("Alice")
print(p.name)  # 输出: Alice
p.name = "Bob"
print(p.name)  # 输出: Bob
try:
    p.name = 123
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出: Name must be a string.

八、setitem、getitem、delitem

功能介绍

• setitem：当使用 obj[key] = value 形式给对象的某个键赋值时，会调用该方法。
• getitem：当使用 obj[key]形式获取对象的某个键的值时，会调用该方法。
• delitem：当使用 del obj[key] 形式删除对象的某个键时，会调用该方法。

代码示例

class MyDict:
    def __init__(self):
        self.data = {}

    def __setitem__(self, key, value):
        self.data[key] = value

    def __getitem__(self, key):
        return self.data[key]

    def __delitem__(self, key):
        del self.data[key]

my_dict = MyDict()
my_dict['a'] = 1
print(my_dict['a'])  # 输出: 1
del my_dict['a']
try:
    print(my_dict['a'])
except KeyError:
    print("Key 'a' not found.")

九、str、repr、format

功能介绍

• str：用于返回对象的字符串表示，通常用于用户友好的输出。
• repr：用于返回对象的字符串表示，通常用于调试和开发。
• format：用于自定义对象的格式化输出。

代码示例

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return f"Point({self.x}, {self.y})"

    def __repr__(self):
        return f"Point({self.x}, {self.y})"

    def __format__(self, format_spec):
        if format_spec == 'r':
            return f"({self.y}, {self.x})"
        return str(self)

p = Point(1, 2)
print(str(p))  # 输出: Point(1, 2)
print(repr(p))  # 输出: Point(1, 2)
print(f"{p:r}")  # 输出: (2, 1)

十、__next__和 iter 实现迭代器协议

功能介绍

迭代器是一种实现了 iter 和__next__ 方法的对象。__iter__方法返回迭代器对象本身，__next__方法返回迭代器的下一个元素。当没有更多元素时，抛出 StopIteration异常。

代码示例

class MyRange:
    def __init__(self, start, end):
        self.start = start
        self.end = end
        self.current = start

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current < self.end:
            value = self.current
            self.current += 1
            return value
        else:
            raise StopIteration

my_range = MyRange(0, 3)
for num in my_range:
    print(num)  # 依次输出: 0, 1, 2

十一、doc

功能介绍

__doc__是一个特殊的属性，用于获取对象的文档字符串。文档字符串通常用于描述对象的功能和使用方法。

代码示例

class MyClass:
    """
    This is a simple class.
    """
    pass

print(MyClass.__doc__)  # 输出: This is a simple class.

十二、module 和 class

功能介绍

• module：用于获取对象所属的模块名。
• class：用于获取对象所属的类。

代码示例

import math

class MyMath:
    def __init__(self):
        pass

m = MyMath()
print(m.__module__)  # 输出: __main__
print(m.__class__)  # 输出: <class '__main__.MyMath'>

print(math.sqrt.__module__)  # 输出: math

十三、del

功能介绍

del 是一个析构方法，当对象被销毁时会自动调用该方法。通常用于释放对象占用的资源。

代码示例

class Resource:
    def __init__(self):
        print("Resource created.")

    def __del__(self):
        print("Resource destroyed.")

r = Resource()
del r  # 输出: Resource destroyed.

十四、enter 和 exit

功能介绍

enter 和 __exit__方法用于实现上下文管理器协议。上下文管理器可以在代码块执行前后自动执行一些操作，如打开和关闭文件、获取和释放锁等。

代码示例

class File:
    def __init__(self, filename, mode):
        self.filename = filename
        self.mode = mode

    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, self.mode)
        return self.file

    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.file.close()

with File('test.txt', 'w') as f:
    f.write('Hello, world!')

十五、call

功能介绍

__call__方法使得对象可以像函数一样被调用。

代码示例

class Adder:
    def __call__(self, a, b):
        return a + b

adder = Adder()
result = adder(3, 5)
print(result)  # 输出: 8

十六、metaclass

功能介绍

元类是创建类的类。在 Python 中，默认的元类是 type。通过自定义元类，可以在类创建时进行一些额外的操作。

代码示例

class MyMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 在类创建时添加一个额外的属性
        attrs['extra_attribute'] = 'This is an extra attribute.'
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

class MyClass(metaclass=MyMeta):
    pass

print(MyClass.extra_attribute)  # 输出: This is an extra attribute.

结语

通过这个21天的Python计划，我们涵盖了面向对象高级。希望这些内容能帮助你更好地理解和使用Python。继续学习和实践，你将成为一名优秀的Python开发者！