Python学习day07

第6章 面向对象初步

面向对象（Object oriented Programming，OOP）编程的思想主要是针对大型软件设计而来的。面向对象编程使程序的扩展性更强、可读性更好，使的编程可以像搭积木一样简单。

面向对象编程将数据和操作数据相关的方法封装到对象中，组织代码和数据的方式更加接近人的思维，从而大大提高了编程的效率。

Python完全采用了面向对象的思想，是真正面向对象的编程语言，完全支持面向对象的基本功能，例如：继承、多态、封装等。

Python中，一切皆对象。我们在前面学习的数据类型、函数等，都是对象。

注：Python支持面向过程、面向对象、函数式编程等多种编程范式。

面向对象和面向过程区别

面向过程就是分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了；

面向对象是把问题中的事务分解成各个对象，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决问题的步骤中的行为。

例子：做一个99乘法表是只有解决问题的过程，没有某个事物的具体描述

例子2：做一个围棋游戏，为其游戏里具有多个模块，比如存储使用者的个人信息(名称，年龄，ID)，这个模块被称之为对象，将使用者总结成为某个对象，从而在围棋游戏中调用该对象的信息，来匹配相仿年龄的参赛者进行游戏。

对象的进化

随着编程面临的问题越来越复杂，编程语言本身也在进化，从主要处理简单数据开始，随着数据变多进化“数组”； 数据类型变复杂，进化出了“结构体”； 处理数据的方式和逻辑变复杂，进化出了“对象”。

1. 简单数据

像30,40，50.4等这些数字，可以看做是简单数据。最初的计算机编程，都是像这样的数字。

2. 数组

将同类型的数据放到一起。比如：整数数组[20,30,40]，浮点数数组[10.2, 11.3, 12.4]，字符串数组：[“aa”,”bb”,”cc”]

3. 结构体

将不同类型的数据放到一起，是C语言中的数据结构。比如：

struct resume{
    int age;
    char name[10];
    double salary;
};

4. 对象

将不同类型的数据、方法（即函数）放到一起，就是对象。比如：

class Student:

    company = "SXT"     #类属性
    count = 0           #类属性
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)

我们前面学习的数字也是对象。比如：整数9，就是一个包含了加法、乘法等方法的对象。

类的定义

我们把对象比作一个“饼干”，类就是制造这个饼干的“模具”。

我们通过类定义数据类型的属性（数据）和方法（行为）,也就是说，“类将行为和状态打包在一起”。

对象是类的具体实体，一般称为“类的实例”。类看做“饼干模具”，对象就是根据这个“模具”制造出的“饼干”。

从一个类创建对象时，每个对象会共享这个类的行为（类中定义的方法），但会有自己的属性值（不共享状态）。更具体一点：“方法代码是共享的，属性数据不共享”。

Python中，“一切皆对象”。类也称为“类对象”，类的实例也称为“实例对象”。

定义类的语法格式如下：

class 类名：

类体

要点如下：

1. 类名必须符合“标识符”的规则；一般规定，首字母大写，多个单词使用“驼峰原则”。

2. 类体中我们可以定义属性和方法。

3. 属性用来描述数据，方法(即函数)用来描述这些数据相关的操作。

class Student:
    def __init__(self,name,score):    #构造方法第一个参数必须为self
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score

    def say_score(self):           #实例方法
        print(self.name,'的分数是：',self.score)


s1 = Student('张三',80)           #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()

__init__构造方法和__new__方法

类是抽象的，也称之为“对象的模板”。我们需要通过类这个模板，创建类的实例对象，然后才能使用类定义的功能。

我们前面说过一个Python对象包含三个部分：id（identity识别码）、type（对象类型）、value（对象的值）。

现在，我们可以更进一步的说，一个Python对象包含如下部分：

1. id（identity识别码）

2. type（对象类型）

3. value（对象的值）

(1) 属性（attribute）

(2) 方法（method）

创建对象，我们需要定义构造函数__init__()方法。构造方法用于执行“实例对象的初始化工作”，即对象创建后，初始化当前对象的相关属性，无返回值。

__init__()的要点如下：

1. 名称固定，必须为：__init__()

2. 第一个参数固定，必须为：self。 self指的就是刚刚创建好的实例对象。

3. 构造函数通常用来初始化实例对象的实例属性，如下代码就是初始化实例属性：name和score。

def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score

1. 通过“类名(参数列表)”来调用构造函数。调用后，将创建好的对象返回给相应的变量。 比如：s1 = Student('张三', 80)

2. __init__()方法：初始化创建好的对象，初始化指的是：“给实例属性赋值”

3. __new__()方法: 用于创建对象，但我们一般无需重定义该方法。

4. 如果我们不定义__init__方法，系统会提供一个默认的__init__方法。如果我们定义了带参的__init__方法，系统不创建默认的__init__方法。

注：

1. Python中的self相当于C++中的self指针，JAVA和C#中的this关键字。Python中，self必须为构造函数的第一个参数，名字可以任意修改。但一般遵守惯例，都叫做self。

实例属性和实例方法

实例属性

实例属性是从属于实例对象的属性，也称为“实例变量”。他的使用有如下几个要点：

1. 实例属性一般在__init__()方法中通过如下代码定义：
self.实例属性名 = 初始值

2. 在本类的其他实例方法中，也是通过self进行访问：
self.实例属性名

3. 创建实例对象后，通过实例对象访问：

obj01 = 类名() #创建对象，调用__init__()初始化属性

obj01.实例属性名 = 值 #可以给已有属性赋值，也可以新加属性

实例方法

实例方法是从属于实例对象的方法。实例方法的定义格式如下：

def 方法名(self [, 形参列表])：

函数体

方法的调用格式如下：

对象.方法名([实参列表])

要点：

1. 定义实例方法时，第一个参数必须为self。和前面一样，self指当前的实例对象。

2. 调用实例方法时，不需要也不能给self传参。self由解释器自动传参。

· 函数和方法的区别

1. 都是用来完成一个功能的语句块，本质一样。

2. 方法调用时，通过对象来调用。方法从属于特定实例对象，普通函数没有这个特点。

3. 直观上看，方法定义时需要传递self，函数不需要。

其他操作：

1. dir(obj)可以获得对象的所有属性、方法

2. obj.__dict__ 对象的属性字典

3. pass 空语句

4. isinstance（对象,类型） 判断“对象”是不是“指定类型”

类对象、类属性、类方法、静态方法

类对象

我们在前面讲的类定义格式中，“class 类名：”。实际上，当解释器执行class语句时，就会创建一个类对象。

class Student:
    pass    #空语句

print(type(Student))
print(id(Student))

Stu2 = Student
s1 = Stu2()
print(s1)

我们可以看到实际上生成了一个变量名就是类名“Student”的对象。我们通过赋值给新变量Stu2，也能实现相关的调用。说明，确实创建了“类对象”。

【注】pass为空语句。就是表示什么都不做，只是作为一个占位符存在。当你写代码时，遇到暂时不知道往方法或者类中加入什么时，可以先用pass占位，后期再补上。

类属性

类属性是从属于“类对象”的属性，也称为“类变量”。由于，类属性从属于类对象，可以被所有实例对象共享。

类属性的定义方式：

class 类名：

类变量名= 初始值

在类中或者类的外面，我们可以通过：“类名.类变量名”来读写。

class Student:

    company = "SXT"     #类属性
    count = 0           #类属性

    
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)


s1 = Student('张三',80)           #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()
print('一共创建{0}个Student对象'.format(Student.count))

执行结果：

我的公司是： SXT

张三 的分数是： 80

一共创建1个Student对象

类方法

类方法是从属于“类对象”的方法。类方法通过装饰器@classmethod来定义，格式如下：

@classmethod

def 类方法名(cls [，形参列表]) ：

函数体

要点如下：

1. @classmethod必须位于方法上面一行

2. 第一个cls必须有；cls指的就是“类对象”本身；

3. 调用类方法格式：“类名.类方法名(参数列表)”。 参数列表中，不需要也不能给cls传值。

4. 类方法中访问实例属性和实例方法会导致错误

5. 子类继承父类方法时，传入cls是子类对象，而非父类对象

class Student:

    company = "SXT"     #类属性
    
    @classmethod
    def printCompany(cls):
        print(cls.company)
    
Student.printCompany()

静态方法

Python中允许定义与“类对象”无关的方法，称为“静态方法”。

“静态方法”和在模块中定义普通函数没有区别，只不过“静态方法”放到了“类的名字空间里面”，需要通过“类调用”。

静态方法通过装饰器@staticmethod来定义，格式如下：

@staticmethod

def 静态方法名([形参列表]) ：

函数体

要点如下：

1. @staticmethod必须位于方法上面一行

2. 调用静态方法格式：“类名.静态方法名(参数列表)”。

静态方法中访问实例属性和实例方法会导致错误

class Student:
    company = "SXT"  # 类属性

    @staticmethod
    def add(a, b):  # 静态方法
        print("{0}+{1}={2}".format(a,b,(a+b)))
        return a+b

Student.add(20,30)

内存分析实例对象和类对象创建过程（重要）

我们以下面代码为例，分析整个创建过程，让大家对面向对象概念掌握更加深刻：

class Student:
    company = "尚学堂"     #类属性
    count = 0           #类属性
    
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)

s1 = Student('高淇',80)       #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()
print('一共创建{0}个Student对象'.format(Student.count))

__del__方法(析构函数)和垃圾回收机制

__del__方法称为“析构方法”，用于实现对象被销毁时所需的操作。比如：释放对象占用的资源，例如：打开的文件资源、网络连接等。

Python实现自动的垃圾回收，当对象没有被引用时（引用计数为0），由垃圾回收器调用__del__方法。

我们也可以通过del语句删除对象，从而保证调用__del__方法。

系统会自动提供__del__方法，一般不需要自定义析构方法。

#析构函数
class Person:

    def __del__(self):
        print("销毁对象：{0}".format(self))

p1 = Person()
p2 = Person()
del p2
print("程序结束")

运算结果：（有可能不一样）

销毁对象：<__main__.Person object at 0x02175610>

程序结束

销毁对象：<__main__.Person object at 0x021755D0>

_call__方法和可调用对象

定义了__call__方法的对象，称为“可调用对象”，即该对象可以像函数一样被调用。

#测试__call__，可调用对象

class SalaryAccount:
    '''工资计算类'''

    def __call__(self, salary):
        yearSalary = salary*12
        daySalary = salary//30
        hourSalary = daySalary//8

        return dict(monthSalary=salary,yearSalary=yearSalary,daySalary=daySalary,hourSalary=hourSalary)

s = SalaryAccount()

print(s(5000))      #可以像调用函数一样调用对象的__call__方法

运行结果：

{'monthSalary': 5000, 'yearSalary': 60000, 'daySalary': 166, 'hourSalary': 20}

方法没有重载

在其他语言中，可以定义多个重名的方法，只要保证方法签名唯一即可。方法签名包含3个部分：方法名、参数数量、参数类型。

Python中，方法的的参数没有声明类型（调用时确定参数的类型），参数的数量也可以由可变参数控制。因此，Python中是没有方法的重载的。定义一个方法即可有多种调用方式，相当于实现了其他语言中的方法的重载。

如果我们在类体中定义了多个重名的方法，只有最后一个方法有效。

建议：不要使用重名的方法！Python中方法没有重载。

#Python中没有方法的重载。定义多个同名方法，只有最后一个有效

class Person:

    def say_hi(self):
        print("hello")

    def say_hi(self,name):
        print("{0},hello".format(name))

p1 = Person()

#p1.say_hi()       #不带参，报错：TypeError: say_hi() missing 1 required positional argument: 'name'

p1.say_hi("高淇")

方法的动态性

Python是动态语言，我们可以动态的为类添加新的方法，或者动态的修改类的已有的方法。

#测试方法的动态性
class Person:
    def work(self):
        print("努力上班！")

def play_game(self):
    print("{0}玩游戏".format(self))

def work2(s):
    print("好好工作，努力上班！")


Person.play = play_game
Person.work = work2
p = Person()
p.play()
p.work()

我们可以看到，Person动态的新增了play_game方法，以及用work2替换了work方法。

私有属性和私有方法(实现封装)

Python对于类的成员没有严格的访问控制限制，这与其他面向对象语言有区别。关于私有属性和私有方法，有如下要点：

1. 通常我们约定，两个下划线开头的属性是私有的(private)。其他为公共的(public)。

2. 类内部可以访问私有属性(方法)

3. 类外部不能直接访问私有属性(方法)

4. 类外部可以通过“_类名__私有属性(方法)名”访问私有属性(方法)

【注】方法本质上也是属性！只不过是可以通过()执行而已。所以，此处讲的私有属性和公有属性，也同时讲解了私有方法和公有方法的用法。如下测试中，同时也包含了私有方法和公有方法的例子。

#测试私有属性、私有方法
class Employee:
    __company = "百战程序员"      #私有类属性.   通过dir可以查到_Employee__company

    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.__age = age         #私有实例属性

    def say_company(self):
        print("我的公司是：",Employee.__company)          #类内部可以直接访问私有属性
        print(self.name,"的年龄是：",self.__age)
        self.__work()

    def __work(self):         #私有实例方法   通过dir可以查到_Employee__work
        print("工作！好好工作，好好赚钱，娶个媳妇！")

p1 = Employee("高淇",32)
print(p1.name)
print(dir(p1))              #
p1.say_company()
print(p1._Employee__age)      #通过这种方式可以直接访问到私有属性  。通过dir可以查到属性：_Employee__age
#print(p1.__age)           #直接访问私有属性，报错
#p1.__sleep()             #直接访问私有方法，报错

执行结果：

高淇

['_Person__age', '_Person__leg_num', '_Person__sleep', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'name', 'say_age']

腿的数目： 2

高淇 的年龄是： 18

睡觉

18

从打印的Person对象所有属性我们可以看出。私有属性“__age”在实际存储时是按照“_Person__age”这个属性来存储的。这也就是为什么我们不能直接使用“__age”而可以使用“_Person__age”的根本原因。

@property装饰器

@property可以将一个方法的调用方式变成“属性调用”。下面是一个简单的示例，让大家体会一下这种转变：

#简单测试@property
class Employee:

    @property
    def salary(self):
        return 30000;

emp1 = Employee()
print(emp1.salary)              #打印30000
print(type(emp1.salary))        #打印<class 'int'>
#emp1.salary()                   #报错：TypeError: 'int' object is not callable

#emp1.salary =1000               #@property修饰的属性，如果没有加setter方法，则为只读属性。此处修改报错：AttributeError: can't set attribute

@property主要用于帮助我们处理属性的读操作、写操作。对于某一个属性，我们可以直接通过：

emp1.salary = 30000

如上的操作读操作、写操作。但是，这种做法不安全。比如，我需要限制薪水必须为1-10000的数字。这时候，我们就需要通过getter、setter方法来处理。

#测试@property
class Employee:

    def __init__(self,name,salary):
        self.name = name
        self.__salary = salary

    @property               #相当于salary属性的getter方法
    def salary(self):
        print("月薪为{0},年薪为{1}".format(self.__salary,(12*self.__salary)))
        return self.__salary;

    @salary.setter
    def salary(self,salary):    #相当于salary属性的setter方法
        if(0<salary<1000000):
            self.__salary = salary
        else:
            print("薪水录入错误！只能在0-1000000之间")


emp1 = Employee("高淇",100)
print(emp1.salary)

emp1.salary = -200

运行结果：

月薪为100,年薪为1200

100

月薪为100,年薪为1200

100

薪水录入错误！只能在0-1000000之间

属性和方法命名总结
· _xxx：保护成员，不能用“from module import * ”导入，只有类对象和子类对象能访问这些成员。
· xxx：系统定义的特殊成员
· __xxx： 类中的私有成员，只有类对象自己能访问，子类对象也不能访问。（但，在类外部可以通过“对象名. 类名xxx”这种特殊方式访问。Python不存在严格意义的私有成员）

注：再次强调，方法和属性都遵循上面的规则。

类编码风格

1. 类名首字母大写，多个单词之间采用驼峰原则。
2. 实例名、模块名采用小写，多个单词之间采用下划线隔开。
3. 每个类，应紧跟“文档字符串”，说明这个类的作用。
4. 可以用空行组织代码，但不能滥用。在类中，使用一个空行隔开方法；模块中，使用两个空行隔开多个类。