第三章 模块化与面向对象编程

目录

         3.1 模块的引入

3.2 自定义模块开发

3.3 对象与方法

3.4 像素与颜色处理

3.5 模块测试

3.6 模块开发规范

3.7 本章小结

---

3.1 模块的引入

模块是包含Python代码的.py文件，通过import语句加载：

import math  # 导入标准库
from random import randint  # 导入特定功能
import numpy as np  # 使用别名

print(math.sqrt(16))  # 4.0
print(randint(1,10))  # 随机整数

模块搜索路径（优先级从高到低）：

1. 当前目录

2. PYTHONPATH环境变量路径

3. Python安装目录

3.2 自定义模块开发

创建graphics.py文件：

"""图形处理模块"""
_VERSION = 1.0

def render(image):
    """图像渲染函数"""
    pass

class Canvas:
    """画布类"""
    def __init__(self, size):
        self.size = size

使用自定义模块：

import graphics
canvas = graphics.Canvas((800,600))

特殊变量：

• __name__：模块被直接运行时值为"__main__"

• __file__：显示模块文件路径

3.3 对象与方法

面向对象三要素：

python

class Color:
    def __init__(self, r, g, b):  # 构造方法
        self.r = r
        self.g = g
        self.b = b
    
    def hex_code(self):  # 实例方法
        return f"#{self.r:02x}{self.g:02x}{self.b:02x}"

red = Color(255, 0, 0)
print(red.hex_code())  # #ff0000

概念	描述	示例
类	对象的蓝图	class Color
实例	类的具体实现	red = Color()
方法	类中定义的函数	hex_code()
属性	对象存储的数据	self.r

3.4 像素与颜色处理

RGB颜色模型：

class Color:
    def __init__(self, r, g, b):  # 构造方法
        self.r = r
        self.g = g
        self.b = b
    
    def hex_code(self):  # 实例方法
        return f"#{self.r:02x}{self.g:02x}{self.b:02x}"

red = Color(255, 0, 0)
print(red.hex_code())  # #ff0000

颜色表示方式：

• RGB元组：(255, 0, 0)

• 十六进制：#FF0000

• HSL格式：(0°, 100%, 50%)

3.5 模块测试

单元测试示例：

import unittest

class TestColor(unittest.TestCase):
    def setUp(self):
        self.red = Color(255, 0, 0)
    
    def test_hex(self):
        self.assertEqual(self.red.hex_code(), "#ff0000")
    
    def test_invalid(self):
        with self.assertRaises(ValueError):
            Color(300, 0, 0)  # RGB值超出范围

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

测试覆盖率：

1. 边界值测试

2. 异常情况测试

3. 性能压力测试

3.6 模块开发规范

PEP8模块规范：

1. 导入顺序（间隔空行）：

   # 标准库
   import os
   import sys
   
   # 第三方库
   import numpy as np
   
   # 本地模块
   from . import utils

2. 避免循环导入

3. 模块文档字符串

4. 使用类型提示：

   def blend_colors(c1: Color, c2: Color, ratio: float) -> Color:
       pass

3.7 本章小结

开发原则：

• 模块化：将功能拆分为独立模块

• 封装性：隐藏对象内部实现细节

• 可测试性：模块应具备可测试性

• 风格统一：遵循PEP8规范

典型应用场景：

1. 将图像处理功能封装为image_processor模块

2. 使用类管理游戏角色属性和行为

3. 通过单元测试保证颜色转换准确性

（提示：复杂项目建议使用pytest框架，大型模块使用__init__.py组织包结构，重要模块应编写API文档）