11.面向对象
一、实验目的
- 类
- 继承
- 方法重写
- 对象
- 属性
二、知识要点
1.类
用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。
类的语法格式为：
class ClassName:
<statement-1>
.
.
.
<statement-N>
1.1 类的对象
对象是通过类定义的数据结构实例，类对象支持两种操作：
- 属性引用
- 实例化
当创建了一个类的实例即类的具体对象称为类的实例化，类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后可以通过类名访问其属性，属性引用使用和Python中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name，类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。例如：
# 类的实例化与引用
class MyClass:
i = 12345
def f(self):
return 'hello world'
# 实例化类
x = MyClass()
# 访问类的属性和方法
print("MyClass类的属性i为", x.i)
print("MyClass类的方法f输出为", x.f())
上述代码输出为：
MyClass类的属性i为 12345
MyClass类的方法f输出为 hello world
1.对象可以包含任意数量和类型的数据。
2.通过del 对象名可以删除对象
类中有一个名为__init__()的特殊方法（构造方法），该方法在类实例化时会自动调用，例如：
def __init__(self):
self.data = []
即在上面代码中实例化类MyClass时，对应的__init__()方法就会调用，即类定义了__init()方法，类的实例化操作会自动调用__init__()方法。当然__init__()方法也可以有参数，参数通过该方法传递到类的实例化操作上。
例如：
# __init__()
class NewClass:
def __init__(self, name, age):
self.n = name
self.a = age
cat = NewClass('zhe', 22)
print(cat.n, cat.a)
输出为：zhe 22
Self代表类的实例，而非类
类的方法与普通函数只有一个特别的区别——他们必须有一个额外的第一个参数名称，按照惯例它的名称为self:
class Test:
def prt(self):
print(self)
print(self.__class__)
t = Test()
t.prt()
输出为：
<__main__.Test object at 0x00000285BECB63A0>
<class '__main__.Test'>
从执行结果可以看出self代表的是类的实例，代表当前对象的地址，而self.__class__指向类。self不是python的关键字，把他换成其他名称也是可以执行的。
类变量、实例变量、局部变量、全局变量
类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
局部变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
实例变量：在类的声明中，属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，实例变量就是一个用 self 修饰的变量。
全局变量：在任何位置都能直接使用的变量。
例：
global_a = 3 # 全局变量
class VaClass:
class_a = 2 # 类变量
def __init__(self, eg_a):
self.a = eg_a # 实例变量
area_a = 1 # 局部变量
print(area_a, end=",")
a = VaClass(4)
print("{},{},{}".format(global_a, a.a, VaClass.class_a))
最终输出为：1,3,4,2,上述例子只是一个基础用法，有关四个变量的详细解释在之后的文章会写到。
1.2 类的方法
类中定义的函数即称为类的方法。在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self, 且为第一个参数，self 代表的是类的实例，self不是Python的关键词，可以用其他名称代替。例如：
class my_people:
# 定义基本属性
name = ''
age = 0
# 定义私有属性
__tall = 10
# 定义构造方法
def __init__(self, n, a, t):
self.name = n
self.age = a
self.__tall = t
def speak(self):
print("%s说，我%d岁" % (self.name, self.age))
# 实例化类
zhe = my_people('zhe', 22, 10)
zhe.speak()
输出为：zhe说，我22岁
- 类的私有方法：
__private_method:两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用，不能在类的外部调用，调用方法：self.__private_method，例如：
class zoo:
def __init__(self, d, m):
self.dog = d
self.cat = m
def dogspeak(self): # 公共方法
print(self.dog)
def __catspeak(self): # 私有方法
print(self.cat)
def animas(self):
self.__catspeak()
ani = zoo("wang","miao")
ani.dogspeak()
ani.animas()
ani.__catspeak()
输出为：
wang
miao
Traceback (most recent call last):
File "F:/Python/11/eg 11-2.py", line 35, in <module>
ani.__catspeak()
AttributeError: 'zoo' object has no attribute '__catspeak'
可以看出在类外是无法访问私有方法的。
- 类的专有方法
__init__: 构造函数，在生成对象时调用
__del__: 析构函数，释放对象时使用
__repr__: 打印，转换
__setitem__: 按照索引赋值
__getitem__: 按照索引获取值
__len__: 获得长度
__cmp__: 比较运算
__call__: 函数调用
__add__: 加运算
__sub__: 减运算
__mul__: 乘运算
__truediv__: 除运算
__mod__: 求余运算
__pow__: 乘方
1.3 类的属性
- 类的私有属性：
__private_attrs:两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类的外部被使用或直接访问，在类内部的方法使用是self.__private_attr，例如：
class car_m:
__count = 0
wheel = 0
name = ''
def __init__(self, c, w, n):
self.__count = c
self.wheel = w
self.name = n
print(self.__count)
C = car_m(2, 4, 'kdlk')
print(C.wheel)
print(C.__count)
输出结果为：
2
4
Traceback (most recent call last):
File "F:/Python/11/eg 11-2.py", line 16, in <module>
print(C.__count)
AttributeError: 'car_m' object has no attribute '__count'
可见实例化后的对象是无法访问私有属性的，但是在内部类中是可以调用的。
2 继承
2.1 单继承
即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如下图中，Dog类型和Cat类型的对象可派生自Animal类。
单继承
派生类的定义如下所示：
class DerivedClassName(BaseClassName1):
<statement-1>
.
.
.
<statement-N>
注意圆括号中基类的顺序，若是基类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python从左至右搜索 即方法在子类中未找到时，从左到右查找基类中是否包含方法。BaseClassName（示例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:
class DerivedClassName(modname.BaseClassName):
例如：
class people:
# 定义基本属性
name = ""
age = 0
# 定义私有属性
__weight = 0
# 定义构造方法
def __init__(self, n, a, w):
self.name = n
self.age = a
self.__weight = w
def speak(self):
print("%s说：我%d岁" % (self.name, self.age))
# 单继承
class student(people):
grade = ""
def __init__(self, n, a, w, g):
# 调用父类的构造函数
people.__init__(self, n, a, w)
self.grade = g
def speak(self):
print("%s说：我%d岁了，在读%d年级" % (self.name, self.age, self.grade))
# 实例化
s = student('ken', 10, 60, 3)
s.speak()
输出为：
ken说：我10岁了，在读3年级
2.2 多继承
多继承即一个子类继承多个父类，例如下图中我既是一个设计师又是一个程序员，那么我可以继承设计师和程序员的特点，即：
多继承
例如：
class people:
# 定义基本属性
age = 0
name = ""
# 定义私有属性
__weight = 0
# 定义构造方法
def __init__(self, a, n, w):
self.age = a
self.name = n
self.__weight = w
def speak(self):
print("我是%s,体重%d,今年%d岁" % (self.name, self.__weight, self.age))
class Designer(people):
hobby = ''
def __init__(self, a, n, w, h):
people.__init__(self, a, n, w)
self.hobby = h
def speak(self):
print("我是%s,是一个设计师，今年%d岁，爱好%s" % (self.name, self.age, self.hobby))
class Programmer(people):
hobby = ''
def __init__(self, a, n, w, h):
people.__init__(self, a, n, w)
self.hobby = h
def speak(self):
print("我是%s,是一个程序员，今年%d岁，爱好%s" % (self.name, self.age, self.hobby))
# 多继承
class Me(Programmer, Designer):
feature = ''
def __init__(self, a, n, w, h, f):
Programmer.__init__(self, a, n, w, h)
Designer.__init__(self, a, n, w, h)
self.feature = f
me = Me(20, "zhe", 10, 'PS', 'cool')
me.speak()
在这段代码中输出为：
我是zhe,是一个程序员，今年20岁，爱好PS
注意：方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法
3.方法重写
如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：
class Parent: # 定义父类
def myMethod(self):
print ('调用父类方法')
class Child(Parent): # 定义子类
def myMethod(self):
print ('调用子类方法')
c = Child() # 子类实例
c.myMethod() # 子类调用重写方法
super(Child,c).myMethod() #用子类对象调用父类已被覆盖的方法
输出为：
调用子类方法
调用父类方法
super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法，是用来解决多重继承问题的，直接用类名调用父类方法在使用单继承的时候没问题，但是如果使用多继承，会涉及到查找顺序（MRO）、重复调用（钻石继承）等种种问题，MRO 就是类的方法解析顺序表, 其实也就是继承父类方法时的顺序表。
super()函数：
基本语法：
super(type[, object-or-type])
- type -- 类。
- object-or-type -- 类，一般是 self
Python3.x 和 Python2.x 的一个区别是: Python 3 可以使用直接使用 super().xxx 代替 super(Class, self).xxx ，例如：
class A:
def add(self, x):
y = x+1
print(y)
class B(A):
def add(self, x):
super().add(x)
b = B()
b.add(2) # 3
而Python 2.x需要：
class A(object): # Python2.x 记得继承 object
def add(self, x):
y = x+1
print(y)
class B(A):
def add(self, x):
super(B, self).add(x)
b = B()
b.add(2) # 3
三、实验内容
1.运算符重载
使用数量+通过运算符重载实现向量+
- 代码:
class Vector:
def __init__(self, a, b):
self.a = a
self.b = b
def __str__(self):
return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
def __add__(self,other):
return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)
v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print (v1 + v2)
- 结果：
Vector (7, 8)
四、实验结果
1.银行账号
我们要确保没人能设置金额为负，并且有个只读属性 cny 返回换算人民币后的金额。
- 代码
#!/usr/bin/env python3
class Account(object):
"""账号类,
amount 是美元金额.
"""
def __init__(self, rate):
self.__amt = 0
self.rate = rate
@property
def amount(self):
"""账号余额（美元）"""
return self.__amt
@property
def cny(self):
"""账号余额（人民币）"""
return self.__amt * self.rate
@amount.setter
def amount(self, value):
if value < 0:
print("Sorry, no negative amount in the account.")
return
self.__amt = value
if __name__ == '__main__':
acc = Account(rate=6.6)
acc.amount = 20
print("Dollar amount:", acc.amount)
print("In CNY:", acc.cny)
acc.amount = -100
print("Dollar amount:", acc.amount)
- 结果：
Dollar amount: 20
In CNY: 132.0
Sorry, no negative amount in the account.
Dollar amount: 20
拓展：property()函数
property() 函数的作用是在新式类中返回属性值。基本语法为：
class property([fget[, fset[, fdel[, doc]]]])
其中:
- fget -- 获取属性值的函数
- fset -- 设置属性值的函数
- fdel -- 删除属性值函数
- doc -- 属性描述信息
返回值为新式属性，例如定义一个可控属性值x：
class C(object):
def __init__(self):
self._x = None
def getx(self):
return self._x
def setx(self, value):
self._x = value
def delx(self):
del self._x
x = property(getx, setx, delx, "I'm the 'x' property.")
如果将类C实例化为c，则：
c = C()
print(c.x) # 触发setter
c.x = 5 # 触发getter
del c.x # 触发deleter
将property作装饰器@property可以更方便的创建只读属性，有关装饰器的知识将在实验15中提及。
