《Python编程：从入门到实践》笔记（三）＜类＞

面向对象编程是最有效的软件编写方法之一。在面向对象编程中，你编写表示现实世界中的事物和情景的类，并基于这些类来创建对象。编写类时，你定义一大类对象都有的通用行为。基于类创建对象时，每个对象都自动具备这种通用行为，然后可根据需要赋予每个对象独特的个性。使用面向对象编程可模拟现实情景，其逼真程度达到了令你惊讶的地步。

根据类来创建对象被称为实例化，这让你能够使用类的实例。在本章中，你将编写一些类并创建其实例。你将指定可在实例中存储什么信息，定义可对这些实例执行哪些操作。你还将编写一些类来扩展既有类的功能，让相似的类能够高效地共享代码。你将把自己编写的类存储在模块中，并在自己的程序文件中导入其他程序员编写的类。

理解面向对象编程有助于你像程序员那样看世界，还可以帮助你真正明白自己编写的代码：不仅是各行代码的作用，还有代码背后更宏大的概念。了解类背后的概念可培养逻辑思维，让你能够通过编写程序来解决遇到的几乎任何问题。

一、创建和使用类

使用类几乎可以模拟任何东西。下面来编写一个表示小狗的简单类Dog ——它表示的不是特定的小狗，而是任何小狗。对于大多数宠物狗，它们都有名字和年龄；大多数小狗还会蹲下和打滚。由于大多数小狗都具备上述两项信息（名字和年龄）和两种行为（蹲下和打滚），Dog 类将包含它们。这个类让Python知道如何创建表示小狗的对象。编写这个类后，我们将使用它来创建表示特定小狗的实例。

1、创建Dog 类

根据Dog 类创建的每个实例都将存储名字和年龄。我们赋予了每条小狗蹲下（sit()）和打滚（roll_over()）的能力：

class Dog():
    """一次模拟小狗的简单尝试"""

    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!")

类中的函数称为方法。有关函数的一切都适用于方法，就目前而言，唯一重要的差别是调用方法的方式。

方法__init__() 是一个特殊的方法，每当根据Dog 类创建新实例时，Python都会自动运行它。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__() 定义成了包含三个形参：self、name和age。在这个方法的定义中，形参self 必不可少，还必须位于其他形参的前面。因为Python调用这个__init__() 方法来创建Dog 实例时，将自动传入实参self。每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self，它是一个指向实例本身的引用，让实例能够访问类中的属性和方法。创建Dog 实例时，Python将调用Dog 类的方法__init__() 。我们将通过实参向Dog() 传递名字和年龄，self 会自动传递，每当我们根据Dog 类创建实例时，都只需给最后两个形参（name 和age ）提供值。

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任何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 的作用与此类似。
像这样可通过实例访问的变量称为属性。

Dog 类还定义了另外两个方法：sit() 和roll_over()。由于这些方法不需要额外的信息，如名字或年龄，因此它们只有一个形参self。我们后面将创建的实例能够访问这些方法。

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():
    --代码同上--

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.")

我们让Python创建一条名字为’willie’ 年龄为6 的小狗。遇到这行代码时，Python使用实参’willie’ 和6 调用Dog 类中的方法__init__()。方法__init__() 创建一个表示特定小狗的示例，并使用我们提供的值来设置属性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。我们将这个实例存储在变量my_dog 中。

命名约定很有用：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.访问属性

要访问实例的属性，可使用句点表示法。访问my_dog 的属性name 的值：my_dog.name

2.调用方法

要调用方法，可指定实例的名称（这里是my_dog）和要调用的方法，并用句点分隔它们。

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。让小狗蹲下和打滚：

my_dog.sit()
my_dog.roll_over()

3.创建多个实例

可按需求根据类创建任意数量的实例。下面再创建一个名为your_dog 的实例：

class Dog():
    --代码同上--

my_dog = Dog('willie', 6)
your_dog = Dog('lucy', 3)

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

print("\nYour dog's name is " + your_dog.name.title() + ".")
print("Your dog is " + str(your_dog.age) + " years old.")
your_dog.sit()

在这个实例中，创建了两条小狗，它们分别名为Willie和Lucy。每条小狗都是一个独立的实例，有自己的一组属性，能够执行相同的操作：

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

Your dog's name is Lucy.
Your dog is 3 years old.
Lucy is now sitting.

二、使用类和实例

1、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或空字符串。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，这样就无需包含为它提供初始值的形参。
如设置odometer_reading 默认值为0：

class Car():
    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):
        """返回整洁的描述性信息"""
        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消息"""
        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()

2016 Audi A4
This car has 0 miles on it.

2、修改属性的值

可以以三种不同的方式修改属性的值：直接通过实例进行修改；通过方法进行设置；通过方法进行递增（增加特定的值）。

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读数设置为23：

class Car():
    --代码同上--

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()

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

2.通过方法修改属性的值

在类Car() 中添加了方法update_odometer()。这个方法接受一个里程值，在修改属性前检查指定的读数是否合理，如果新指定的里程（mileage）大于或等于原来的里程（self.odometer_reading），就将里程表读数改为新指定的里程；否则就发出警告，指出不能将里程表往回拨并将其存储到self.odometer_reading 中。

class Car():
    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):
        """返回整洁的描述性信息"""
        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消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设置为指定的值
        禁止将里程表读数往回调
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

3.通过方法对属性的值进行递增

有时候需要将属性值递增特定的量，而不是将其设置为全新的值。

新增的方法increment_odometer() 接受一个单位为英里的数字，并将其加入到self.odometer_reading 中。
调用方法update_odometer() 并传入23500，将这辆二手车的里程表读数设置为23500。
调用方法increment_odometer() 并传入100，以增加行驶的100英里

class Car():
    --代码同上--

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

2013 Subaru Outback
This car has 23500 miles on it.
This car has 23600 miles on it.

三、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。

1、子类的方法__init__()

创建子类的实例时，Python首先需要完成的任务是给父类的所有属性赋值。为此，子类的方法__init__() 需要父类施以援手。

例如，下面来模拟电动汽车。电动汽车是一种特殊的汽车，因此我们可以在前面创建的Car 类的基础上创建新类ElectricCar，这样我们就只需为电动汽车特有的属性和行为编写代码。
下面来创建一个简单的ElectricCar 类版本，它具备Car 类的所有功能：

class Car():
    --代码同上--

class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独特之处"""

    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())

2016 Tesla Model S

创建子类时，父类必须包含在当前文件中，且位于子类前面。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 实例所需的信息。

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（superclass），名称super因此而得名。

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。

下面来添加一个电动汽车特有的属性（电瓶），以及一个描述该属性的方法。我们将存储电瓶容量，并编写一个打印电瓶描述的方法。

添加新属性self.battery_size，并设置其初始值（如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。还添加了一个名为describe_battery() 的方法，它打印有关电瓶的信息。

class Car():
    --代码同上--

class ElectricCar(Car):
    """Represent aspects of a car, specific to electric vehicles."""

    def __init__(self, make, model, year):
        """
        电动汽车的独特之处
        初始化父类的属性， 再初始化电动汽车特有的属性
        """
        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()

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

3、重写父类的方法

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。可在子类中定义一个方法，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定义的相应方法。

4、将实例用作属性

使用代码模拟实物时，可能给类添加的细节越来越多，属性和方法清单以及文件都越来越长。在这种情况下，可能需要将类的一部分作为一个独立的类提取出来。可以将大型类拆分成多个协同工作的小类。

例如，不断给ElectricCar 类添加细节时，我们可能会发现其中包含很多专门针对汽车电瓶的属性和方法，可将这些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():
    --代码同上--

class Battery():
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试"""
    
    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):
    """电动汽车的独特之处"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化父类的属性，再初始化电动汽车特有的属性"""
        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()

我们定义了一个名为Battery 的新类，它没有继承任何类。
方法__init__() 除self 外，还有另一个形参battery_size。这个形参是可选的：如果没有给它提供值，电瓶容量将被设置为70。
方法describe_battery() 也移到了这个类中。

在ElectricCar 类中，添加了一个名为self.battery 的属性。这行代码让Python创建一个新的Battery 实例（没有指定尺寸，默认值70），并将该实例存储在属性self.battery 中。每当方法__init__() 被调用时，都将执行该操作，因此现在每个ElectricCar 实例都包含一个自动创建的Battery 实例。

我们创建一辆电动汽车，并将其存储在变量my_tesla 中。要描述电瓶时，需要使用电动汽车的属性battery：

my_tesla.battery.describe_battery()

这行代码让Python在实例my_tesla 中查找属性battery，并对存储在该属性中的Battery 实例调用方法describe_battery()。

四、导入类

随着你不断地给类添加功能，文件可能变得很长，即便你妥善地使用了继承亦如此。为遵循Python的总体理念，应让文件尽可能整洁。为在这方面提供帮助，Python允许你将类存储在模块中，然后在主程序中导入所需的模块。

1、导入单个类

将Car 类存储在一个名为car.py的模块中。包含了一个模块级文档字符串，对该模块的内容做了简要的描述。应为自己创建的每个模块都编写文档字符串。

"""一个可用于表示汽车的类"""

class Car():
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    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):
        """返回整洁的描述性名称"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条消息， 指出汽车的里程"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设置为指定的值
        拒绝将里程表往回拨
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

下面来创建另一个文件——my_car.py， 在其中导入Car 类并创建其实例。

import 语句让Python打开模块car ，并导入其中的Car 类。这样我们就可以使用Car 类了，就像它是在这个文件中定义的一样。

from car import Car

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()

2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.

2、在一个模块中存储多个类

虽然同一个模块中的类之间应存在某种相关性，但可根据需要在一个模块中存储任意数量的类。类Battery 和ElectricCar 都可帮助模拟汽车，因此下面将它们都加入模块car.py中：

class Car():
    --代码同上--

class Battery():
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试"""

    def __init__(self, battery_size=60):
        """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.")

    def get_range(self):
        """打印一条描述电瓶续航里程的消息"""       
        if self.battery_size == 70:
            range = 240
        elif self.battery_size == 85:
            range = 270

        message = "This car can go approximately " + str(range)
        message += " miles on a full charge."
        print(message)

class ElectricCar(Car):
    """模拟电动汽车的独特之处"""
    
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性， 再初始化电动汽车特有的属性
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()


from car import ElectricCar

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

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

2016 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.
This car can go approximately 240 miles on a full charge.

3、从一个模块中导入多个类

可根据需要在程序文件中导入任意数量的类。从一个模块中导入多个类时，用逗号分隔了各个类。导入必要的类后，就可根据需要创建每个类的任意数量的实例。

from car import Car, ElectricCar

my_beetle = Car('volkswagen', 'beetle', 2016)
print(my_beetle.get_descriptive_name())

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

4、导入整个模块

还可以导入整个模块，再使用句点表示法访问需要的类。这种导入方法很简单，代码也易于阅读。由于创建类实例的代码都包含模块名，因此不会与当前文件使用的任何名称发生冲突。使用语法 module_name.class_name 访问需要的类。

import car

my_beetle = car.Car('volkswagen', 'beetle', 2016)
print(my_beetle.get_descriptive_name())

my_tesla = car.ElectricCar('tesla', 'roadster', 2016)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

5、导入模块中的所有类

要导入模块中的每个类，可使用下面的语法：

from module_name import *

不推荐使用这种导入方式，这种导入方式没有明确地指出你使用了模块中的哪些类，还可能引发名称方面的困惑。如果不小心导入了一个与程序文件中其他东西同名的类，将引发难以诊断的错误。

6、在一个模块中导入另一个模块

有时候，需要将类分散到多个模块中，以免模块太大，或在同一个模块中存储不相关的类。将类存储在多个模块中时，你可能会发现一个模块中的类依赖于另一个模块中的类。在这种情况下，可在前一个模块中导入必要的类。

例如，下面将Car 类存储在一个模块中，并将ElectricCar 和Battery 类存储在另一个模块中。将第二个模块命名为electric_car.py。
ElectricCar 类需要访问其父类Car，我们直接将Car 类导入该模块中。如果我们忘记了这行代码，Python将在我们试图创建ElectricCar 实例时引发错误。

electric_car.py

"""一组可用于表示电动汽车的类"""

from car import Car

class Battery():
    --代码同前--

class ElectricCar(Car):
    --代码同前--

五、类编码风格

1. 类名应采用驼峰命名法，即将类名中的每个单词的首字母都大写，而不使用下划线。实例名和模块名都采用小写格式，并在单词之间加上下划线。
2. 对于每个类，都应紧跟在类定义后面包含一个文档字符串。这种文档字符串简要地描述类的功能，并遵循编写函数的文档字符串时采用的格式约定。每个模块也都应包含一个文档字符串，对其中的类可用于做什么进行描述。
3. 可使用空行来组织代码，但不要滥用。在类中，可使用一个空行来分隔方法；而在模块中，可使用两个空行来分隔类。
4. 需要同时导入标准库中的模块和你编写的模块时，先编写导入标准库模块的import 语句，再添加一个空行，然后编写导入你自己编写的模块的import 语句。在包含多条import 语句的程序中，这种做法让人更容易明白程序使用的各个模块都来自何方。