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带你学python基础：面向对象编程

2019-02-18  本文已影响4人  程序员欧阳

面向对象编程是个啥呢，其实，在传统的语言中，比如 C 语言，是不存在面向对象编程这个概念的，那时候的语言只有面向过程编程，也就是我们写代码从头写到底，最多也就是有函数。所以，这样的代码风格是比较难维护的。

后来，随着编程语言的改进，在很多的语言都有了面向对象的思想，比如 C++、Java、C#等，而 Python也是如此。

一、那什么是面向对象呢？

拿个简单的例子说说，比如我们一个人，有头、身体、腿、手等，这些东西在面向对象的思想中，都可以把他们拆分为一个一个的对象，而不会把人就看做一个对象。

在我们经常玩的游戏中，每一个英雄，每一个兵器，都是一个个的对象，每个事物都是对象。

在面向对象编程中，我们还会谈到另外一个概念：类。

那么什么是类呢，类是一个抽象的概念，我们知道有动物，动物下面有各种各样不同的动物，狗，老虎等。所以，类是就是动物，也就是不同类型的动物的总称，也是抽象。而对象就是具体的类别的动物。

类是对象的类型，具有相同属性和行为事物的统称。类是抽象的，在使用的时候通常会找到这个类的一个具体存在。

万物皆对象，对象拥有自己的特征和行为。

打个比方，我们每个人都可以看做是一个对象，而我们每个人都有我们自己的不同的特征，同时，我们也会产生我们的各种各样的行为。

这个图是不是看了就知道对象的特性了。

相信讲了这么多了，我们应该知道什么是类和对象了。下面我们讲一下，如何定义类。

二、定义类

首先，我们通过一个案例来说说如何定义类，最后再给出定义类的方法。

# 定义类
class pen():
    def __init__(self, str, len):
        self.str = str
        self.len = len  # 实例变量通过init初始化声明

    # 定义类变量
    width = 5

    '''
    获取信息
    '''
    def getStr(self):
        print('str:%s,len:%s' % (self.str, self.len))
        print('width：', pen.width)


pen = pen('初始化', 10)
pen.getStr()

上面定义了一个类，这个类名为pen，然后，我们在类中定义了它的特征属性str和len，同时，我们还定义了一个行为（获取信息）。

通过这个例子，我们就可以看出怎么定义类的。

定义类规则

class 类名：
    属性列表
    方法列表

在上面这个例子中，我们发现这里存在两种变量，一种是实例属性，一种是类属性。下面我们就说说这两种变量有什么区别。

好了，我们知道怎么定义类和定义类变量和实例变量，那么如何访问这些变量呢？

三、访问变量

方法

实例对象.属性

举例
例如，我们需要访问上面的pen的变量，则可以使用下面的方式。

# 访问变量
print(pen.len)
print(pen.width)
print(pen.str)

当然，你可能会想，还有其他方式吗，确实，还有其他方式，Python也提供了类似JavaScript的访问方式。

getattr(obj, name[, default]) #访问对象的属性
hasattr(obj,name) # 检查是否存在一个属性
setattr(obj,name,value) # 设置一个属性。如果属性不存在，会创建一个新属性
delattr(obj, name) # 删除属性

举例

# -*- coding:utf-8 -*-

# 定义类
class pen():
    def __init__(self, str, len):
        self.str = str
        self.len = len  # 实例变量通过init初始化声明

    # 定义类变量
    width = 5

    '''
    获取信息
    '''

    def getStr(self):
        print('str:%s,len:%s' % (self.str, self.len))
        print('width：', pen.width)


pen = pen('初始化', 10)

# 通过内置方法访问属性
print(getattr(pen, 'len'))
print(hasattr(pen, 'len'))

setattr(pen, 'len', 20)
print(pen.len)

delattr(pen, 'len')
print(pen.len)

内置类属性

另外，Python本身还提供了自己内置的类属性，分别有下面这些。

__dict__ : 类的属性（包含一个字典，由类的属性名:值组成） 实例化类名.__dict__
__doc__ :类的文档字符串   (类名.) 实例化类名.__doc__
__name__: 类名,实现方式 类名.__name__
__bases__ : 类的所有父类构成元素（包含了以个由所有父类组成的元组）

举例
我们还是以上面的例子来讲

print(pen.__dict__)  #会将实例对象的属性和值通过字典的形式返回
print(pen.__doc__)

特殊说明

在前面的例子中，我们看到了init和self这两个关键字，下面讲解一下。

__init__（）：是一个特殊的方法属于类的专有方法，被称为类的构造函数或初始化方法,方法的前面和后面都有两个下划线。

这是为了避免Python默认方法和普通方法发生名称的冲突。每当创建类的实例化对象的时候，__init__()方法都会默认被运行。作用就是初始化已实例化后的对象，这就是构造函数的意思。

在方法定义中，第一个参数self是必不可少的。类的方法和普通的函数的区别就是self，self并不是Python的关键字，你完全可以用其他单词取代他，只是按照惯例和标准的规定，推荐使用self。

既然是面向对象编程，那么，接下来肯定要说一下面向对象的三大特性了。

四、面向对象的三大特性

封装

封装这个特性，其实在前面就已经接触到了，只是没有明白的说而已。

封装字面上的意思就是把东西包裹起来，那么，在面向对象的编程中，其实封装也就是这个意思，常见的，比如，前面我们说的的类 class，我们把一些对象的属性和行为包裹在一个类里面，这就是封装的特性。

继承

我们都知道，我们有父子关系，很多时候，儿子都会去继承父亲的财产的，好像都是这样的吧，哈哈。

在面向对象的编程中也是这么个意思，但是不叫父亲和儿子，我们把父亲叫做父类，儿子称为子类，我们子类去继承父类的财产，这个就是一个继承的特性。

那我们如何用 Python 来表达这种关系呢，下面，我们用一个例子先讲一下，后面再讲规则。

父亲，儿子和女儿的故事

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money
        self.house = house

    def wealth(self):
        print('父亲给我 %d w， %d 套房子' % (self.money, self.house))


class Son(Father):
    '''
        定义一个儿子类，继承自父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        super().__init__(money, house)


class Daughter(Father):
    '''
        定义一个女儿类，继承自父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        super().__init__(money, house)


# 上面定义了一个父亲类，一个儿子类，一个女儿类。
# 儿子类和女儿类都继承自父亲类，所以，他们就拥有了父亲的财，在编程中也就是拥有了变量和方法。
son = Son(100, 10)
daughter = Daughter(200, 5)

# 继承自父亲类，所以自己不定义这个wealth方法，也会自动继承这个方法
son.wealth()
daughter.wealth()

通过这个例子，定义了一个父亲类，一个儿子类，一个女儿类。

儿子类和女儿类都继承自父亲类，所以，他们就拥有了父亲的财，在编程中也就是拥有了变量和方法。

在上面的例子中发现，我们只要在定义类的时候，在括号（）中写上父类的名字，这就是继承了。

其中，我们也要注意，一个 super() 方法，它的作用是用来继承父类的属性。

所以，下面我们就大概知道继承的规则怎么写了。

规则

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

注意：圆括号中父类的顺序，如果继承的父类中有相同的方法名，而在子类中使用时未指定，python将从左至右查找父类中是否包含方法，在圆括号中有多个类名时，我们称为：多继承。也就是说，我们从多个父类继承了。

好了，继承我们就说到这里了。下面我们再说说最后一个面向对象的特性：多态！

多态

在谈到多态时，我们就不得不提到另外一个概念了，这个概念就是重写。例如，我们的容貌有一些地方是会跟父母很相像的，但是，我们也会有很多我们自己的特点。在面向对象编程里面也是这样的，我们会继承父类的特性，但是，在继承的同时，我们也会发生改变的，这就是重写。

那么如何实现重写呢？接着看！

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money
        self.house = house

    def wealth(self):
        print('父亲给我 %d w， %d 套房子' % (self.money, self.house))

    def character(self):
        print('我很高！')


class Son(Father):
    '''
        定义一个儿子类，继承自父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        super().__init__(money, house)

    def character(self):
        print('我很胖！')


class Daughter(Father):
    '''
        定义一个女儿类，继承自父亲类
    '''

    def __init__(self, money, house):
        super().__init__(money, house)

    def character(self):
        print('我很瘦！')


# 上面定义了一个父亲类，一个儿子类，一个女儿类。
# 儿子类和女儿类都继承自父亲类，所以，他们就拥有了父亲的财，在编程中也就是拥有了变量和方法。
father = Father(350, 20)
son = Son(100, 10)
daughter = Daughter(200, 5)

# 继承自父亲类，所以自己不定义这个wealth方法，也会自动继承这个方法
son.wealth()
daughter.wealth()

# 多态
father.character()
son.character()
daughter.character()

在继承的那个例子的基础上，我们又在父亲类中加了一个 character 方法，然后儿子类和女儿类在继承这个方法的同时，还对这个 character 方法进行了修改。

所以，此时，儿子类和女儿类在调用这两个方法时，显示的内容就不一样了。

也就是说，当子类和父类都存在相同的 character()方法时，子类的 character() 覆盖了父类的 character()，在代码运行时，会调用子类的 character()。

这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态。

多态的好处就是，当我们需要传入更多的子类，例如新增 Teenagers、Adult 等时，我们只需要继承 Father 类型就可以了，而 character()方法既可以直不重写（即使用Father的），也可以重写一个特有的。这就是多态的意思。调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Father的子类时，只要确保新方法编写正确，而不用管原来的代码。这就是著名的“开闭”原则：

ok，面向对象的三大特性就讲到这里。接下来讲讲关于类的其他知识！

五、类属性与实例属性

我们在前面的几个例子中，我们发现，在类中我们都定义了一些属性或者说变量。那什么是类属性，什么是实例属性呢？

类属性是类本身的属性，该类的实例都能调用，而实例属性是某个具体的实例特有的属性，不会影响到类，也不会影响到其他实例。

1.实例属性

关于实例属性，我们只要记住下面三点就可以了。

2.类属性

下面我们看一个简单例子：

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''
    age = 40  # 定义一个类属性

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money  # 实例属性
        self.house = house

    def wealth(self):
        print('父亲给我 %d w， %d 套房子，类属性： %d ，实例属性：%d' % (self.money, self.house, Father.age, self.age))

    def character(self):
        print('我很高！')


father = Father(350, 20)

father.house = 4  # 修改实例变量的值，对象名.属性
Father.age = 41  # 修改类变量的值：类名.属性 或 对象名.属性（但后者修改的值是实例属性）
father.age = 42 

father.wealth()

下面，我们再用类属性实现一个数值自增

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''
    age = 40  # 定义一个类属性

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money  # 实例属性
        self.house = house
        Father.age += 1 # 类属性自增


father = Father(350, 20)
print(Father.age)

father2 = Father(350, 20)
print(Father.age)

但是，在类中，我们不能用 self.age 来自增，这样是不行的，就像在类外不能用对象名.类变量来改变值一样。

下面，我们用self.age 来自增试试什么效果。

# -*- coding:utf-8 -*-

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''
    age = 40  # 定义一个类属性

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money  # 实例属性
        self.house = house
        self.age += 1 # 类属性自增



father = Father(350, 20)
print(Father.age)

father2 = Father(350, 20)
print(Father.age)

这段代码就将 Father 改为 self。但输出结果却不改变，如下

接下来，我们再深入的分析一下，看类属性和实例属性到底有什么联系？

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''
    age = 40  # 定义一个类属性

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money  # 实例属性
        self.house = house


father1 = Father(350, 20)
father2 = Father(350, 20)

father1.age += 1
print(father1.age, father2.age, Father.age)
Father.age += 1
print(father1.age, father2.age, Father.age) # father2.age 因为这个实例属性不存在，所以找类属性为41
Father.age += 1
print(father1.age, father2.age, Father.age)

从这个结果我们可以看出，类属性自增，实例属性是不会跟着自增的，实例属性自增，每个实例属性之间也是独立的，但是，当实例属性不存在时，编译器是会去找类属性的值。

所以说，在Python中属性的查找机制是自下而上的，即首先在实例属性中查找，如果实例属性不存在，再到类属性中查找。

六、访问权限（来自：https://www.cnblogs.com/Lambda721/p/6130213.html）

在Class内部，可以有属性和方法，而外部代码可以通过直接调用实例变量的方法来操作数据，这样，就隐藏了内部的复杂逻辑。

但是，从前面Student类的定义来看，外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、score属性：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.score
98
>>> bart.score = 59
>>> bart.score
59

如果要让内部属性不被外部访问，可以把属性的名称前加上两个下划线__，在Python中，实例的变量名如果以__开头，就变成了一个私有变量（private），只有内部可以访问，外部不能访问，所以，我们把Student类改一改：

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

改完后，对于外部代码来说，没什么变动，但是已经无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__score了：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.__name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。

但是如果外部代码要获取name和score怎么办？可以给Student类增加get_name和get_score这样的方法：

class Student(object):
    ...

    def get_name(self):
        return self.__name

    def get_score(self):
        return self.__score

如果又要允许外部代码修改score怎么办？可以再给Student类增加set_score方法：

class Student(object):
    ...

    def set_score(self, score):
        self.__score = score

你也许会问，原先那种直接通过bart.score = 59也可以修改啊，为什么要定义一个方法大费周折？因为在方法中，可以对参数做检查，避免传入无效的参数：

class Student(object):
    ...

    def set_score(self, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self.__score = score
        else:
            raise ValueError('bad score')

需要注意的是，在Python中，变量名类似__xxx__的，也就是以双下划线开头，并且以双下划线结尾的，是特殊变量，特殊变量是可以直接访问的，不是private变量，所以，不能用__name__、__score__这样的变量名。

有些时候，你会看到以一个下划线开头的实例变量名，比如_name，这样的实例变量外部是可以访问的，但是，按照约定俗成的规定，当你看到这样的变量时，意思就是，“虽然我可以被访问，但是，请把我视为私有变量，不要随意访问”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢？其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name，所以，仍然可以通过_Student__name来访问__name变量：

>>> bart._Student__name
'Bart Simpson'

但是强烈建议你不要这么干，因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。

总的来说就是，Python本身没有任何机制阻止你干坏事，一切全靠自觉。

最后注意下面的这种错误写法：

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.get_name()
'Bart Simpson'
>>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量！
>>> bart.__name
'New Name'

表面上看，外部代码“成功”地设置了__name变量，但实际上这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量！内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_Student__name，而外部代码给bart新增了一个__name变量。不信试试：

>>> bart.get_name() # get_name()内部返回self.__name
'Bart Simpson'

例子：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def get_name(self):
        return self.__name

    def get_score(self):
        return self.__score

    def set_score(self, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self.__score = score
        else:
            raise ValueError('bad score')

    def get_grade(self):
        if self.__score >= 90:
            return 'A'
        elif self.__score >= 60:
            return 'B'
        else:
            return 'C'

bart = Student('Bart Simpson', 59)
print('bart.get_name() =', bart.get_name())
bart.set_score(60)
print('bart.get_score() =', bart.get_score())

print('DO NOT use bart._Student__name:', bart._Student__name)

终于到最后一个知识点了，这篇文章写的真的久！

七、类方法与静态方法

这个知识点就说说，因为没什么好说的。

普通方法我们都知道怎么定义了。

1.普通方法

def fun_name(self,...):
    pass

2.静态方法

3.类方法

最后，再总结一下。

下面，再举一个例子看看。

# -*- coding:utf-8 -*-

# 定义类
class Father():
    '''
        定义一个父亲类
    '''
    age = 40  # 定义一个类属性

    def __init__(self, money, house):
        self.money = money  # 实例属性
        self.house = house

    # 创建普通方法
    def getMoney(self):
        # 类属性的使用通过类名.属性名使用 这是规范
        # 私有属性在类里面使用正常使用
        print('我有：%d w' % (self.money))  # 在方法里面使用实例属性

    # 创建一个静态方法
    @staticmethod
    def aa():  # 不需要传递实例
        # 静态方法不能访问实例属性
        # 静态方法只能访问类属性
        print('我：%d 岁' % Father.age)  # 在方法里面使用实例属性

    # 类方法
    @classmethod
    def bb(cls, n):  # class  也不是关键字
        # 类方法不能访问实例属性
        cls.age = n
        print('我：%d 岁' % cls.age)  # 就用cls.类属性


father1 = Father(350, 20)
father2 = Father(350, 20)

# 通过对象来调用静态方
father1.aa()
# 通过对象来调用类方法
father1.bb(18)

# 静态方法和类方法的调用，推荐使用类名的方式去调用
# 通过类名来调用静态方法
Father.aa()
# 通过类名来调用类方法
Father.bb(18)

八、总结

这一节讲了很多，需要好好消化。

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