学Python的漫画漫步进阶 -- 第九步
- 九、类与对象
- 9.1 面向对象
- 9.2 定义类
- 9.3 创建对象
- 9.4 类的成员
- 9.4.1 实例变量
- 9.4.2 构造方法
- 9.4.3 实例方法
- 9.4.4 类变量
- 9.4.5 类方法
- 9.5 封装性
- 9.5.1 私有变量
- 9.5.2 私有方法
- 9.5.3 使用属性
- 9.6 继承性
- 9.6.1 Python中的继承
- 9.6.2 多继承
- 9.6.3 方法重写
- 9.7 多态性
- 9.7.1 继承与多态
- 9.7.2 鸭子类型测试与多态
- 9.8 练一练
- 9.9 类与对象的总结
九、类与对象
在Python中,类是创建对象的蓝图或模板,而对象是类的实例。
以下是类和对象的定义方式:
- 类的定义:
使用class关键字来定义一个类,类名通常以大写字母开头。类的定义可以包含属性(变量)和方法(函数)。
class MyClass:
# 属性
my_variable = 10
# 方法
def my_function(self):
print("Hello World!")
- 对象的定义:
使用类名和括号来创建一个对象,可以使用属性和方法来访问和修改对象的状态。
# 创建一个对象
my_object = MyClass()
# 访问对象的属性
print(my_object.my_variable)
# 调用对象的方法
my_object.my_function()
在类定义中,属性和方法都需要使用缩进来表示它们属于类的定义。在方法中,第一个参数通常是self,表示对象本身。可以使用self来访问对象的属性和方法。
本章详细介绍类和对象,前面多次提到类,它到底是什么意思呢?
9.1 面向对象
类和对象都是面向对象中的重要概念。面向对象是一种编程思想,即按照真实世界的思维方式构建软件系统。
例如,在真实世界的校园里有学生和老师,学生有学号、姓名、所在班级等属性(数据),还有学习、提问、吃饭和走路等动作(方法)。如果我们要开发一个校园管理系统,那么在构建软件系统时,也会有学生和老师等“类”,张同学、李同学是学生类的个体,被称为“对象”,
“对象”也被称为“实例”。
9.2 定义类
Python中的数据类型都是类,我们可以自定义类,即创建一种新的数据类型。Python中类的定义语法格式如右图所示。
定义小汽车(Car)类的代码如下:
小汽车(Car)类继承了object类,object类是所有类的根类,在Python中任何一个类(除object外)都直接或间接地继承了object,直接继承object时(object)部分的代码可以省略。
9.3 创建对象
类相当于一个模板,依据这样的模板来创建对象,就是类的实例化,所以对象也被称为“实例”。
9.4 类的成员
成员变量也被称为数据成员,保存了类或对象的数据。例如,学生的姓名和学号。
构造方法是一种特殊的函数,用于初始化类的成员变量。
成员方法是在类中定义的函数。
属性是对类进行封装而提供的特殊方法。
9.4.1 实例变量
实例变量就是对象个体特有的“数据”,例如狗狗的名称和年龄等。
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.4.2 构造方法
类中的__init__()方法是一个非常特殊的方法,用来创建和初始化实例变量,这种方法就是“构造方法”。在定义__init__()方法时,它的第1个参数应该是self,之后的参数用来初始化实例变量。调用构造方法时不需要传入self参数。
构造方法的示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.4.3 实例方法
实例方法与实例变量一样,都是某个实例(或对象)个体特有的方法。
定义实例方法时,它的第1个参数也应该是self,这会将当前实例与该方法绑定起来,这也说明该方法属于实例。在调用方法时不需要传入self,类似于构造方法。
下面看一个定义实例方法的示例:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.4.4 类变量
类变量是属于类的变量,不属于单个对象。
例如,有一个Account(银行账户)类,它有三个成员变量:amount(账户金额)、interest_rate (利率)和owner(账户名)。amount和owner对于每一个账户都是不同的,而interest_rate对于所有账户都是相同的。amount和owners是实例变量,interest_rate是所有账户实例共享的变量,它属于类,被称为“类变量”。
类变量的示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果
9.4.5 类方法
类方法与类变量类似,属于类,不属于个体实例。在定义类方法时,它的第1个参数不是self,而是类本身。定义类方法的示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.5 封装性
封装性是面向对象重要的基本特性之一。封装隐藏了对象的内部细节,只保留有限的对外接口,外部调用者不用关心对象的内部细节,使得操作对象变得简单。
例如,一台计算机内部极其复杂,有主板、CPU、硬盘和内存等,而一般人不需要了解它的内部细节。计算机制造商用机箱把计算机封装起来,对外提供了一些接口,如鼠标、键盘和显示器等,使用计算机就变得非常简单。
9.5.1 私有变量
为了防止外部调用者随意存取类的内部数据(成员变量),内部数据(成员变量)会被封装为“私有变量”。外部调用者只能通过方法调用私有变量。在默认情况下,Python中的变量是公有的,可以在类的外部访问它们。如果想让它们成为私有变量,则在变量前加上双下画线(__)即可。
示例代码如下:
由于在类的外部不可以访问私有变量,因此上述代码在运行时会发生错误,通过Python指令运行文件,输出结果:
9.5.2 私有方法
私有方法与私有变量的封装是类似的,在方法前加上双下画线(__)就是私有方法了。示例代码如下:
由于在类的外部不可以访问私有方法,因此上述代码在运行时会发生错误,通过Python指令运行文件,输出结果:
9.5.3 使用属性
为了实现对象的封装,在一个类中不应该有公有的成员变量,这些成员变量应该被设计为私有的,然后通过公有的set (赋值)和get(取值)方法访问。
使用set和get方法进行封装,示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
使用属性方式修改上面的示例,代码如下:
9.6 继承性
继承性也是面向对象重要的基本特性之一。
在现实世界中继承关系无处不在。例如猫与动物之间的关系:猫是一种特殊动物,具有动物的全部特征和行为,即数据和操作。在面向对象中动物是一般类,被称为“父类”;猫是特殊类,被称为“子类”。特殊类拥有一般类的全部数据和操作,可称之为子类继承父类。
9.6.1 Python中的继承
在Python中声明子类继承父类,语法很简单,定义类时在类的后面使用一对小括号指定它的父类就可以了。
下面是动物类继承图。
示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果
9.6.2 多继承
在Python中,当子类继承多个父类时,如果在多个父类中有相同的成员方法或成员变量,则子类优先继承左边父类中的成员方法或成员变量,从左到右继承级别从高到低。
示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.6.3 方法重写
如果子类的方法名与父类的方法名相同,则在这种情况下,子类的方法会重写(Override)父类的同名方法。
示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.7 多态性
多态性也是面向对象重要的基本特性之一。“多态”指对象可以表现出多种形态。
例如,猫、狗、鸭子都属于动物,它们有“叫”和“动”等行为,但是叫的方式不同,动的方式也不同。
9.7.1 继承与多态
在多个子类继承父类,并重写父类方法后,这些子类所创建的对象之间就是多态的。这些对象采用不同的方式实现父类方法。
示例代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.7.2 鸭子类型测试与多态
Python的多态性更加灵活,支持鸭子类型测试。鸭子类型测试指:
若看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子,那么这只鸟可以被称为鸭子。
由于支持鸭子类型测试,所以Python解释器不检查发生多态的对象是否继承了同一个父类,只要它们有相同的行为(方法),它们之间就是多态的。
例如,我们设计一个函数start(),它接收具有“叫”speak()方法的对象,代码如下:
我们定义了几个类,它们都有speak()方法。代码如下:
start()函数可以接收所有speak()方法对象,代码如下:
通过Python指令运行文件,输出结果:
9.8 练一练
1 在下列选项中,哪些是类的成员。()
A.成员变量
B.成员方法
C.属性
D.实例变量
2 判断对错:(请在括号内打√或×,√表示正确,×表示错误)。
1)在Python中,类具有面向对象的基本特性,即封装性、继承性和多态性。()
2)init()方法用来创建和初始化实例变量,这种方法就是“构造方法”。()
3)类方法不需要与实例绑定,需要与类绑定,在定义时它的第1个参数不是self。()
4)实例方法是在类中定义的,它的第1个参数也应该是self,这个过程是将当前实例与该方法绑定起来。()
5)公有成员变量就是在变量前加上两个下画线(__)。()
6)属性是为了替代get()方法和set()方法。()
7)子类继承父类时继承父类中的所有成员变量和方法。()
8)Python中的继承是单继承。()
3 请介绍什么是“鸭子类型”?
9.9 类与对象的总结
在Python编程中,类(Class)和对象(Object)是非常基础且重要的概念。以下是对这两个概念的总结:
- 类(Class):
类是创建对象的模板。你可以把类看作一个蓝图,它描述了如何创建对象。类定义了一组属性(可以是数据或函数),这些属性会在创建类的实例(即对象)时被初始化。
在Python中,你可以使用class关键字来定义一个类。例如:
class Dog:
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
def bark(self):
print(f"{self.name} is barking!")
在这个例子中,Dog是一个类,它有两个属性:name和age,以及一个方法:bark。
- 对象(Object):
对象是类的实例。你可以创建一个类的一个或多个实例,每个实例都有自己的属性和方法。当你创建一个对象时,Python会为这个对象分配内存空间,并在这个空间中存储这个对象的属性和方法。
在Python中,你可以使用类名和括号来创建一个对象。例如:
dog1 = Dog("Bobby", 3)
dog2 = Dog("Rex", 5)
在这个例子中,dog1和dog2都是Dog类的对象。它们都有自己的name和age属性,以及bark方法。
总的来说,类是定义如何创建对象的模板,而对象是类的实例,它们有类定义的属性和方法。