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Python面向对象

Python从第一天开始就是面向对象的语言。正因为如此,创建和使用类和对象是非常地容易。本章将帮助您在使用Python面向对象编程的技术方面所有提高。

如果没有任何以往面向对象(OO)的编程的经验,那么可能要了解一些基本的入门课程就可以了,或者至少某种形式的在线教程,让你有了解基本概念。

但是,这里会比较少地介绍面向对象编程(OOP):

OOP术语概述

  • 类: 用户定义的原型对象,它定义了一套描述类的任何对象的属性。属性是数据成员(类变量和实例变量)和方法,通过点符号访问。

  • 类变量:这是一个类的所有实例共享的变量。类变量在类,但外面的任何类的方法定义。类变量不被用作经常作为实例变量。

  • 数据成员:保存与类和对象关联的数据的类变量或实例变量。

  • 函数重载:一个以上的行为特定功能的分配。执行的操作所涉及的对象(自变量)的类型不同而不同。

  • 实例变量:所定义的方法内,只属于一个类的当前实例的变量。

  • 继承:类的特点,即都是由它派生其他类的转移。

  • 实例:某一类的一个单独对象。属于类Circle一个obj对象,例如,是类Circle的一个实例。

  • 实例化:创建一个类的实例。

  • Method : 一种特殊的函数,函数在类定义中定义。

  • 对象:这是由它的类中定义的数据结构的唯一实例。一个对象包括两个数据成员(类变量和实例变量)和方法。

  • 运算符重载:一个以上的函数功能,特定的操作符分配。

创建类:

类语句将创建一个新的类定义。类的名称紧跟在关键字class后跟一个冒号,如下所示:

class ClassName:
   'Optional class documentation string'
   class_suite
  • 类有一个文档字符串,它可以通过类名.__ doc__访问。

  • class_suite由所有定义的类成员,数据属性与函数组件的语句。

例子

下面是一个简单的Python类的例子:

class Employee:
   'Common base class for all employees'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary
  • empCount是一个类变量,其值将是这个类的所有实例共享。这可以从类中或外部进行访问,访问形式为 Employee.empCount。

  • 第一个方法__init__()是一种特殊的方法,这就是所谓的类构造函数或当创建该类的一个新实例Python调用的初始化方法。

  • 声明就像正常函数中一样,不同的是第一个参数到每个方法是类的方法。 Python增加了self参数列表;不需要把调用的方法都它列入。

创建实例对象:

要创建一个类的实例,调用类名并传递任何参数给__init__方法接收。

"This would create first object of Employee class"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"This would create second object of Employee class"
emp2 = Employee("Manni", 5000)

访问属性:

可以访问使用点运算符来访问对象的属性。而类变量使用类名来访问,如下所示:

emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

现在,把所有的概念放在一起:

#!/usr/bin/python

class Employee:
   'Common base class for all employees'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

"This would create first object of Employee class"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"This would create second object of Employee class"
emp2 = Employee("Manni", 5000)
emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

当执行上面的代码,产生以下结果:

Name :  Zara ,Salary:  2000
Name :  Manni ,Salary:  5000
Total Employee 2

在任何时候可以添加,删除或修改类和对象的属性:

emp1.age = 7  # Add an 'age' attribute.
emp1.age = 8  # Modify 'age' attribute.
del emp1.age  # Delete 'age' attribute.

除了使用正常的语句来访问属性,可以使用以下函数:

  • getattr(obj, name[, default]) : 访问对象的属性。

  • hasattr(obj,name) : 检查一个属性是否存在。

  • setattr(obj,name,value) : 设置一个属性。如果属性不存在,那么它将被创建。

  • delattr(obj, name) : 要删除一个属性。

hasattr(emp1, 'age')    # Returns true if 'age' attribute exists
getattr(emp1, 'age')    # Returns value of 'age' attribute
setattr(emp1, 'age', 8) # Set attribute 'age' at 8
delattr(empl, 'age')    # Delete attribute 'age'

内置的类属性:

每个Python类会继续并带有内置属性,他们可以使用点运算符像任何其他属性一样来访问:

  • __dict__ : 字典包含类的命名空间。

  • __doc__ : 类的文档字符串,或None如果没有定义。

  • __name__: 类名称。

  • __module__: 在类中定义的模块名称。此属性是在交互模式其值为“__main__”。

  • __bases__ : 一个可能是空的元组包含了基类,其在基类列表出现的顺序。

对于上面的类,尝试访问这些属性:

#!/usr/bin/python

class Employee:
   'Common base class for all employees'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

print "Employee.__doc__:", Employee.__doc__
print "Employee.__name__:", Employee.__name__
print "Employee.__module__:", Employee.__module__
print "Employee.__bases__:", Employee.__bases__
print "Employee.__dict__:", Employee.__dict__

当执行上面的代码,产生以下结果:

Employee.__doc__: Common base class for all employees
Employee.__name__: Employee
Employee.__module__: __main__
Employee.__bases__: ()
Employee.__dict__: {'__module__': '__main__', 'displayCount':
<function displayCount at 0xb7c84994>, 'empCount': 2, 
'displayEmployee': <function displayEmployee at 0xb7c8441c>, 
'__doc__': 'Common base class for all employees', 
'__init__': <function __init__ at 0xb7c846bc>}

销毁对象(垃圾回收):

Python的删除不需要的对象(内建类型或类的实例),自动释放内存空间。由Python定期回收的内存块不再使用的过程被称为垃圾收集。

Python的垃圾回收器在程序执行过程中运行,当一个对象的引用计数为零时触发。一个对象的引用计数改变为指向它改变别名的数量。

当它分配一个新的名字或放置在容器(列表,元组或字典)的对象的引用计数增加。当对象的引用计数减少使用 del 删除,其基准被重新分配,或者它的引用超出范围。当一个对象的引用计数变为零,Python会自动地收集它。

a = 40      # Create object <40>
b = a       # Increase ref. count  of <40> 
c = [b]     # Increase ref. count  of <40> 

del a       # Decrease ref. count  of <40>
b = 100     # Decrease ref. count  of <40> 
c[0] = -1   # Decrease ref. count  of <40> 

当垃圾回收器销毁孤立的实例,并回收其空间一般不会注意到。但是,一个类可以实现特殊方法__del__(),称为析构函数被调用时,该实例将被摧毁。这个方法可以用于清理所用的一个实例的任何非内存资源。

例子:

__del__()析构函数打印实例,它即将被销毁的类名:

#!/usr/bin/python

class Yiibai:
   def __init( self, x=0, y=0):
      self.x = x
      self.y = y
   def __del__(self):
      class_name = self.__class__.__name__
      print class_name, "destroyed"

pt1 = Yiibai()
pt2 = pt1
pt3 = pt1
print id(pt1), id(pt2), id(pt3) # prints the ids of the obejcts
del pt1
del pt2
del pt3

当执行上面的代码,它产生以下结果:

3083401324 3083401324 3083401324
Yiibai destroyed 

注意:理想情况下,应该定义类的单独的文件,那么应该使用import语句将其导入主程序文件。详细请查看Python- 模块章节,导入模块和类的更多细节。

类继承:

不用从头开始,可以通过上面列出的括号父类的新类名后,从一个已经存在的类派生它创建一个类。

子类继承父类的属性,可以使用父类的这些属性,就好像它们是在子类中定义的一样。子类也可以覆盖父类的数据成员和方法。

语法

派生类的声明很像它们的父类; 从基类的列表后给出类名继承:

class SubClassName (ParentClass1[, ParentClass2, ...]):
   'Optional class documentation string'
   class_suite

例子

#!/usr/bin/python

class Parent:        # define parent class
   parentAttr = 100
   def __init__(self):
      print "Calling parent constructor"

   def parentMethod(self):
      print 'Calling parent method'

   def setAttr(self, attr):
      Parent.parentAttr = attr

   def getAttr(self):
      print "Parent attribute :", Parent.parentAttr

class Child(Parent): # define child class
   def __init__(self):
      print "Calling child constructor"

   def childMethod(self):
      print 'Calling child method'

c = Child()          # instance of child
c.childMethod()      # child calls its method
c.parentMethod()     # calls parent's method
c.setAttr(200)       # again call parent's method
c.getAttr()          # again call parent's method

当执行上面的代码,产生以下结果:

Calling child constructor
Calling child method
Calling parent method
Parent attribute : 200

类似的方式,可以按如下继承多个父类的类:

class A:        # define your class A
.....

class B:         # define your calss B
.....

class C(A, B):   # subclass of A and B
.....

可以使用issubclass()或isinstance()函数来检查两个类和实例的关系。

  • issubclass(sub, sup) 如果给定的子类子确实是超sup的子类布尔函数返回true。

  • isinstance(obj, Class) 如果obj是Class类的实例,或者是类的一个子类的实例布尔函数返回true

重写方法:

可以覆盖父类的方法。原因之一重写父的方法,因为可能想在子类特殊或实现不同的功能。

例子

#!/usr/bin/python

class Parent:        # define parent class
   def myMethod(self):
      print 'Calling parent method'

class Child(Parent): # define child class
   def myMethod(self):
      print 'Calling child method'

c = Child()          # instance of child
c.myMethod()         # child calls overridden method

当执行上面的代码,产生以下结果:

Calling child method

基础重载方法:

下表列出了一些通用的功能,可以在类重写中:

SN 方法,说明与调用示例
1 __init__ ( self [,args...] )
构造函数(任何可选参数)
简单调用 : obj = className(args)
2 __del__( self )
析构函数,删除一个对象
简单调用 : del obj
3 __repr__( self )
可求值的字符串表示形式
简单调用 : repr(obj)
4 __str__( self )
可打印字符串表示形式
简单调用 : str(obj)
5 __cmp__ ( self, x )
对象比较
简单调用 : cmp(obj, x)

重载运算符:

假设要创建了一个Vector类来表示二维向量,当使用加运算符来增加他们发生了什么?最有可能是Python会屌你。

可以,但是定义__add__方法在类中进行矢量相加,再加上操作符的行为会按预期:

例子:

#!/usr/bin/python

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

当执行上面的代码,产生以下结果:

Vector(7,8)

数据隐藏:

对象的属性可以是或可以不在类定义外部可见。对于这些情况,可以命名以双下划线前缀属性,这些属性将无法直接让外部可视。

例子:

#!/usr/bin/python

class JustCounter:
   __secretCount = 0
  
   def count(self):
      self.__secretCount += 1
      print self.__secretCount

counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print counter.__secretCount

当执行上面的代码,产生以下结果:

1
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 12, in <module>
    print counter.__secretCount
AttributeError: JustCounter instance has no attribute '__secretCount'

Python的保护成员通过内部更改名称以包含类名。可以访问这些属性通过object._className__attrName。如果想更换最后一行,那么它会工作如下:

.........................
print counter._JustCounter__secretCount

当执行上面的代码,产生以下结果:

1
2
2