[Python学习笔记6]——类

1. 创建和使用类

1.1 创建Dog类

下面将创建一个表示小狗的Dog类，根据Dog类创建的每个示例都将存储名字和年龄，并且赋予每条小狗蹲下（sit()）和打滚（roll_over()）的能力：

dog.py

class Dog():
    """ 创建一个表示小狗的类 """

    def __init__(self, name, age):
        """ 初始化属性name和age """
        self.name = name
        self.age = age

    def sit(self):
        """ 模拟小狗被命令时蹲下 """
        print(self.name.title() + " is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """ 模拟小狗被命令时打滚 """
        print(self.name.title() + " rolled over!")

在上面的代码中，定义了一个名为Dog的类。根据约定，在Python中，首字母大写的名称指的是类。这个类定义中的括号是空的，说明该类并没有需要继承的父类。

1.1.1 方法__init__()

类中的函数称为方法，而__init__()是一个特殊的方法，每当你根据Dog类创建新示例时，Python都会自动运行它，类似于C++类中的构造函数，在这个方法的名称中，开头和末尾各有两个下划线，这是一种约定，旨在避免Python默认方法与普通方法发生名称冲突。

我们将方法__init__()定义成了包含三个实参：self、name和age。在这个方法的定义中，形参self是必不可少的，还必须位于其他形参的前面，每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self，它是一个指向示例本身的引用，让实例能够访问类中的属性和方法。我们将通过实参向Dog()传递名字和年龄，self会自动传递，因此我们不需要传递它，只需要给最后两个形参（name和age）提供值。

在类中，以self为前缀的变量都可供类中的所有方法使用，我们还可以通过类的实例来访问这些变量。self.name = name获取存储在形参name中的值，并将其存储到变量name中，然后该变量被关联到当前创建的实例。self.age = age的作用相同。像这样在类中可通过实例访问的变量称为属性。

1.2 根据类创建实例

可将类视为有关如何创建实例的说明，Dog类是一系列说明，让Python知道如何创建表示特定小狗的实例。下面来创建一个表示特定小狗的实例：

class Dog():
    --snip--

my_dog = Dog('willie', 6)

print("My dog's name is " + my_dog.name.title() + ".")
print("My dog is " + str(my_dog.age) + " years old.")

在上面这段代码中，创建了一个名字为’willie’、年龄为6的小狗。遇到这行代码时，Python将实参'willie'和6传入Dog类中的方法__init__()。方法__init__()创建一个便是特定小狗的实例，并使用实参的值来设置属性name和age。方法__init__()并未显式地包含return语句，但Python自动返回一个表示这条小狗的实例，并将这个实例存储在变量my_dog中。在Python中，我们通常可以认为首字母大写的名称（如Dog）指的是类，而小写的名称（如my_dog）指的是根据类创建的实例。

1.2.1 访问属性

要访问实例的属性，可使用句点表示法：

my_dog.name

在这里，Python先找到实例my_dog，再查找与这个实例相关联的属性name。在Dog类中引用这个属性时，使用的是self.name，因此，在上面的实例化代码中，打印出的结果如下所示：

My dog's name is Willie.
My dog is 6 years old.

1.2.2 调用方法

根据Dog类创建实例后，就可以使用句点表示法来调用Dog类中定义的任何方法：

class Dog():
    --snip--

my_dog = Dog('willie', 6)
my_dog.sit()
my_dog.roll_over()

要调用方法，可指定实例的名称和要调用的方法，并用句点分隔它们。上面的代码中运行的输出结果如下所示：

Willie is now sitting.
Willie rolled over!

2. 使用类和实例

在类编写好后，你的大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上，你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性，也可以编写方法以特定的方式进行修改。

2.1 Car类

下面是一个表示汽车的类，它存储了有关汽车的信息，还有一个汇总这些信息的方法：

car.py

class Car():
    """ 创建一个表示汽车的类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """ 初始化描述汽车的属性 """
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year

    def get_descriptive_name(self):
        """ 返回整洁的描述信息 """
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

在上面的代码中，输出结果如下所示：

2016 Audi A4

2.2 给属性指定默认值

类中的每个属性都必须有初始值，哪怕这个值是0或是空字符。在有些情况下，如设置默认值时，在方法__init__()内指定这种初始值是可行的，如如果你对某个属性这样做了，就无需包含为它提供初始值的形参。

下面来添加一个名为odometer_reading的属性，其初始值总是为0。除此之外，还添加了一个名为read_odometer()的方法，用于读取汽车的里程表：

class Car():
    """ 创建一个表示汽车的类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """ 初始化描述汽车的属性 """
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """ 返回整洁的描述信息 """
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """ 打印一条指出汽车里程的信息 """
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.read_odometer()

上面这段代码打印的结果如下，由于未对汽车里程进行修改，因此汽车的里程还是0：

2016 Audi A4
This car has 0 miles on it.

2.3 修改属性的值

在Python中，有如下两种不同的方式可以修改属性的值：直接通过实例进行修改；通过方法进行设置。下面依次介绍这些方法。

2.3.1 直接修改属性的值

要修改属性的值，最简单的方式是通过实例直接访问它。下面的代码直接将里程表度数设置为23：

class Car():
    --snip--

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()

此时，my_new_car这个实例中的odometer_reading属性就被修改为23：

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

2.3.2 通过方法修改属性的值

下面的例子演示了一个名为update_odometer()的方法：

class Car():
    --snip--

    def update_odometer(self, mileage):
        """ 将里程表读书设置为指定的值 """
        self.odometer_reading = mileage

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.update_odometer(23)
my_new_car.read_odometer()

上面的代码中添加了一个新的方法update_odometer()。这个方法接受一个里程值，并将其存储到self.odometer_reading中。上面的代码打印结果如下:

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

3. 继承

编写类时，并非总是要从空白开始。如果你要编写的类是另一个现成类的特殊版本，可使用继承。一个类继承另一个类时，它将自动获得另一个类的所有属性和方法。原有的类称为父类，而新类称为它的子类。子类继承了其父类的所有属性和方法，同时还可以定义自己的属性和方法。

3.1 子类的方法__init__()

创建子类时的示例时，Python首先需要先给父类的所有属性赋值，为此，子类的方法__init__()需要依靠父类。

下面的代码创建一个简单的ElectricCar类，它具备Car类的所有功能：

class Car():
    """ 创建一个表示汽车的类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """ 初始化描述汽车的属性 """
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        """ 返回整洁的描述信息 """
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """ 打印一条指出汽车里程的信息 """
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """ 将里程表读书设置为指定的值 """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

class ElectricCar(Car):
    """创建一个表示电动汽车的类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """ 初始化父类的属性 """
        super().__init__(make, model, year)

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

创建子类时，父类必须包含在当前文件中，且位于子类前面，在上面的代码中，我们定义了子类ElectricCar。定义子类时，必须在括号内指定父类的名称。方法__init__()接受创建Car示例所需的信息。super()是一个特殊函数，帮助Python将父类和子类关联起来，这行代码让Python调用ElectricCar的父类的方法__init__()，让ElectricCar实例包含父类的所有属性。父类也称为超类，名称super()因此而得名。上面这段代码的输出结果为：

2016 Tesla Model S

可以看到继承自Car类的ElectricCar类确实具有和其父类Car相同的功能。

3.2 给子类定义属性和方法

让一个类继承另一个类后，可添加区分子类和父类所需的新属性和方法，下面的代码添加一个电动车特有的属性（电瓶），以及一个描述该属性的方法：

class Car():
    --snip--

class ElectricCar(Car):
    """ 创建一个继承自汽车类的电动车类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """  电动车的特点，初始化父类的属性，再初始化电动车特有的属性 """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = 70

    def describe_battery(self):
        """ 打印一条描述电瓶容量的消息 """
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.describe_battery()

在上面这行代码中，添加了新属性self.battery_size，并设置初始值为70。根据ElectricCar类创建的所有实例都将包含这个属性，但所有Car实例都不包含它。除此之外，还添加了一个describe_battery()方法，它打印有关电瓶的信息。我们调用这个方法时，将看到一条电动车特有的描述：

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.

3.3 重写父类方法

对于父类的方法，只要它不符合子类模拟的实物的行为，都可对其进行重写。为此，可在子类中定义一个这样的方法，即它与要重写的父类方法同名。这样，Python将不会考虑这个父类方法，而只关注你在子类中重新定义的该方法。

假设Car类有一个名为fill_gas_tank()的方法，它对全电动车来说毫无意义，下面演示了一种重写方式：

class ElectricCar(Car):
    --snip--

    def fill_gas_tank():
        """ 电动汽车没有邮箱 """
        print("This car doesn't need a gas tank!")

现在，如果有人对电动车调用方法fill_gas_tank()，Python将忽略Car类中的方法fill_gas_tank()。转而运行上述代码。使用继承时，可让子类保留从父类哪里继承而来的精华，并剔除不需要的糟粕。

3.4 将实例用作属性

在Python中，可以将大型类拆分成多个协同工作的小类，例如在下面的代码中，将针对汽车电瓶的属性和方法提取出来，放到另一个名为Battery的类中，并将一个Battery实例用作ElectricCar类的一个属性：

class Car():
    --snip--

class Battery():
    """ 创建一个关于电动车电瓶的类 """

    def __init__(self, battery_size=70):
        """ 初始化电瓶的属性 """
        self.battery_size = battery_size

    def describe_battery(self):
        """ 打印一条描述电瓶容量的消息 """
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

class ElectricCar(Car):
    """ 创建一个关于电动车的类 """

    def __init__(self, make, model, year):
        """ 初始化父类的属性，再初始化电动车特有的属性 """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)

print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()

在上面的代码中，定义了一个名为Battery的新类，在ElectricCar这个类中，创建了一个名为self.battery的Battery实例。现在每个ElectricCar实例都包含一个自动创建的Battery实例。输出结果如下所示：

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.