Python3----------抽象（多态、封装、继承等）

术语多态（polymorphism）源自希腊语，意思是“有多种形态”。这大致意味着即便你不知道变量指向的是哪种对象，也能够对其执行操作，且操作的行为将随对象所属的类型（类）而异。

封装（encapsulation）指的是向外部隐藏不必要的细节。

# 下面来看一个使用了多态但没有使用封装的示例。假设你有一个名为OpenObject的类（如何创建类将在本章后面介绍）。
# >>> o = OpenObject() # 对象就是这样创建的
# >>> o.set_name('Sir Lancelot')
# >>> o.get_name()
# 'Sir Lancelot'

一、创建自定义类

# python  创建自定义类--case1
class Person:
    def set_name(self, name):
        self.name = name
    def get_name(self):
        return self.name
    def greet(self):
        print("Hello, world! I'm {}.".format(self.name))

foo = Person()
bar = Person()
foo.set_name('Luke Skywalker')
bar.set_name('Anakin Skywalker')

print(foo.greet())  # Hello, world! I'm Luke Skywalker.
print(bar.greet())  # Hello, world! I'm Anakin Skywalker.

# python  创建自定义类--case2
class Bird():
    def set_bird(self,bird):
        self.bird = bird
    def get_bird(self):
        return self.bird
    def greet(self):
        print("This is a %s ,and it can fly and bark!" % self.bird)

bird = Bird()
bird.set_bird("maotouyin")
print(bird.greet())

二、属性、函数和方法
实际上，方法和函数的区别表现在前一节提到的参数self上。方法（更准确地说是关联的方法）将其第一个参数关联到它所属的实例，因此无需提供这个参数。无疑可以将属性关联到一个普通函数，但这样就没有特殊的self参数了。

>>> class Class: 
... def method(self): 
... print('I have a self!') 
... 
>>> def function(): 
... print("I don't...") 
... 
>>> instance = Class() 
>>> instance.method() I have a self! 
>>> instance.method = function 
>>> instance.method() I don't... 
请注意，有没有参数self并不取决于是否以刚才使用的方式（如instance.method）调用方法。
实际上，完全可以让另一个变量指向同一个方法。
>>> class Bird: 
... song = 'Squaawk!' 
... def sing(self): 
... print(self.song) 
... 
>>> bird = Bird() 
>>> bird.sing() 
Squaawk! 
>>> birdsong = bird.sing 
>>> birdsong() 
Squaawk!
虽然最后一个方法调用看起来很像函数调用，但变量birdsong指向的是关联的方法
bird.sing，这意味着它也能够访问参数self（即它也被关联到类的实例）。

三、再谈隐藏

默认情况下，可从外部访问对象的属性。再来看一下前面讨论封装时使用的示例。
>>> c.name 
'Sir Lancelot' 
>>> c.name = 'Sir Gumby' 
>>> c.get_name() 
'Sir Gumby' 
有些程序员认为这没问题，但有些程序员（如Smalltalk①之父）认为这违反了封装原则。他
们认为应该对外部完全隐藏对象的状态（即不能从外部访问它们）。你可能会问，为何他们的立
场如此极端？由每个对象管理自己的属性还不够吗？为何要向外部隐藏属性？毕竟，如果能直接
访问ClosedObject（对象c所属的类）的属性name，就不需要创建方法setName和getName了。
关键是其他程序员可能不知道（也不应知道）对象内部发生的情况。例如，ClosedObject可
能在对象修改其名称时向管理员发送电子邮件。这种功能可能包含在方法set_name中。但如果直
接设置c.name，结果将如何呢？什么都不会发生——根本不会发送电子邮件。为避免这类问题，
可将属性定义为私有。私有属性不能从对象外部访问，而只能通过存取器方法（如get_name和
set_name）来访问。

Python没有为私有属性提供直接的支持，而是要求程序员知道在什么情况下从外部修改属性
是安全的。毕竟，你必须在知道如何使用对象之后才能使用它。然而，通过玩点小花招，可获得
类似于私有属性的效果。
要让方法或属性成为私有的（不能从外部访问），**只需让其名称以两个下划线打头即可**
class Secretive:
    def __inaccessible(self):
        print("Bet you can't see me ...")
    def accessible(self):
        print("The secret message is:")
        self.__inaccessible()

现在从外部不能访问__inaccessible，但在类中（如accessible中）依然可以使用它。
>>> s = Secretive() 
>>> s.__inaccessible() 
Traceback (most recent call last): 
 File "<stdin>", line 1, in <module> 
AttributeError: Secretive instance has no attribute '__inaccessible' 
>>> s.accessible() 
The secret message is: 
Bet you can't see me ...
虽然以两个下划线打头有点怪异，但这样的方法类似于其他语言中的标准私有方法。然而，
幕后的处理手法并不标准：在类定义中，对所有以两个下划线打头的名称都进行转换，即在开头
加上一个下划线和类名。
>>> Secretive._Secretive__inaccessible 
<unbound method Secretive.__inaccessible> 
只要知道这种幕后处理手法，就能从类外访问私有方法，然而不应这样做。
>>> s._Secretive__inaccessible() 
Bet you can't see me ... 
总之，你无法禁止别人访问对象的私有方法和属性，但这种名称修改方式发出了强烈的信号，
让他们不要这样做。
如果你不希望名称被修改，又想发出不要从外部修改属性或方法的信号，可用一个下划线打
头。这虽然只是一种约定，但也有些作用。例如，
from module import *
不会导入以一个下划线
打头的名称。

四、类的命名空间

下面两条语句大致等价：
def foo(x): 
	return x * x 
foo = lambda x: 
	x * x
它们都创建一个返回参数平方的函数，并将这个函数关联到变量foo。可以在全局（模块）
作用域内定义名称foo，也可以在函数或方法内定义。定义类时情况亦如此：在class语句中定义
的代码都是在一个特殊的命名空间（类的命名空间）内执行的，而类的所有成员都可访问这个命
名空间。类定义其实就是要执行的代码段，并非所有的Python程序员都知道这一点，但知道这一
点很有帮助。例如，在类定义中，并非只能包含def语句。
>>> class C: 
... print('Class C being defined...') 
... 
Class C being defined... 
>>> 
这有点傻，但请看下面的代码：
class MemberCounter: 
 members = 0 
 def init(self): 
 MemberCounter.members += 1 
>>> m1 = MemberCounter() 
>>> m1.init() 
>>> MemberCounter.members 
1 
>>> m2 = MemberCounter() 
>>> m2.init() 
>>> MemberCounter.members 
2

上述代码在类作用域内定义了一个变量，所有的成员（实例）都可访问它，这里使用它来计
算类实例的数量。注意到这里使用了init来初始化所有实例，将把这个初始化过程自动化，
也就是将init转换为合适的构造函数。
每个实例都可访问这个类作用域内的变量，就像方法一样。
>>> m1.members 
2 
>>> m2.members 
2 
如果你在一个实例中给属性members赋值，结果将如何呢？
>>> m1.members = 'Two' 
>>> m1.members 
'Two' 
>>> m2.members 
2 
新值被写入m1的一个属性中，这个属性遮住了类级变量。这类似于函数中局部变量和全局变量之间的关系。

五、指定超类

本文前面讨论过，子类扩展了超类的定义。要指定超类，可在class语句中的类名后加上超
类名，并将其用圆括号括起。
class Filter: 
	def init(self): 
    	self.blocked = [] 
 	def filter(self, sequence): 
 		return [x for x in sequence if x not in self.blocked] 
class SPAMFilter(Filter): # SPAMFilter是Filter的子类
 	def init(self): # 重写超类Filter的方法init 
 		self.blocked = ['SPAM']
Filter是一个过滤序列的通用类。实际上，它不会过滤掉任何东西。
>>> f = Filter() 
>>> f.init() 
>>> f.filter([1, 2, 3]) 
[1, 2, 3]
Filter类的用途在于可用作其他类（如将'SPAM'从序列中过滤掉的SPAMFilter类）的基类
（超类）。
>>> s = SPAMFilter() 
>>> s.init() 
>>> s.filter(['SPAM', 'SPAM', 'SPAM', 'SPAM', 'eggs', 'bacon', 'SPAM']) 
['eggs', 'bacon'] 
请注意SPAMFilter类的定义中有两个要点。
1、以提供新定义的方式重写了Filter类中方法init的定义。
2、直接从Filter类继承了方法filter的定义，因此无需重新编写其定义。
第二点说明了继承很有用的原因：可以创建大量不同的过滤器类，它们都从Filter类派生而
来，并且都使用已编写好的方法filter。这就是懒惰的好处。

六、深入探讨继承

要确定一个类是否是另一个类的子类，可使用内置方法issubclass。
>>> issubclass(SPAMFilter, Filter) 
True 
>>> issubclass(Filter, SPAMFilter) 
False 
如果你有一个类，并想知道它的基类，可访问其特殊属性__bases__。
>>> SPAMFilter.__bases__ 
(<class __main__.Filter at 0x171e40>,) 
>>> Filter.__bases__ 
(<class 'object'>,) 
同样，要确定对象是否是特定类的实例，可使用isinstance。
>>> s = SPAMFilter() 
>>> isinstance(s, SPAMFilter) 
True 
>>> isinstance(s, Filter)
True 
>>> isinstance(s, str) 
False
如你所见，s是SPAMFilter类的（直接）实例，但它也是Filter类的间接实例，因为SPAMFilter
是Filter的子类。换而言之，所有SPAMFilter对象都是Filter对象。从前一个示例可知，isinstance
也可用于类型，如字符串类型（str）。
如果你要获悉对象属于哪个类，可使用属性__class__。
>>> s.__class__ 
<class __main__.SPAMFilter at 0x1707c0>

七、多个超类

在前一节，你肯定注意到了一个有点奇怪的细节：复数形式的__bases__。前面说过，你可
使用它来获悉类的基类，而基类可能有多个。为说明如何继承多个类，下面来创建几个类。
class Calculator: 
	def calculate(self, expression): 
 		self.value = eval(expression) 
class Talker: 
	def talk(self): 
 		print('Hi, my value is', self.value) 
class TalkingCalculator(Calculator, Talker): 
	pass 
子类TalkingCalculator本身无所作为，其所有的行为都是从超类那里继承的。关键是通过从
Calculator那里继承calculate，并从Talker那里继承talk，它成了会说话的计算器。
>>> tc = TalkingCalculator() 
>>> tc.calculate('1 + 2 * 3') 
>>> tc.talk() 
Hi, my value is 7 
这被称为多重继承，是一个功能强大的工具。然而，除非万不得已，否则应避免使用多重继
承，因为在有些情况下，它可能带来意外的“并发症”。
使用多重继承时，有一点务必注意：如果多个超类以不同的方式实现了同一个方法（即有多
个同名方法），必须在class语句中小心排列这些超类，因为位于前面的类的方法将覆盖位于后面
的类的方法。因此，在前面的示例中，如果Calculator类包含方法talk，那么这个方法将覆盖Talker
类的方法talk（导致它不可访问）。如果像下面这样反转超类的排列顺序：
class TalkingCalculator(Talker, Calculator): pass 
将导致Talker的方法talk是可以访问的。多个超类的超类相同时，查找特定方法或属性时访
问超类的顺序称为方法解析顺序（MRO），它使用的算法非常复杂。所幸其效果很好，你可能根
本无需担心。

八、接口和内省

接口这一概念与多态相关。处理多态对象时，你只关心其接口（协议）——对外暴露的方
法和属性。在Python中，不显式地指定对象必须包含哪些方法才能用作参数。例如，你不会像
在Java中那样显式编写接口，而是假定对象能够完成你要求它完成的任务。如果不能完成，程
序将失败。
通常，你要求对象遵循特定的接口（即实现特定的方法），但如果需要，也可非常灵活地提
出要求：不是直接调用方法并期待一切顺利，而是检查所需的方法是否存在；如果不存在，就改
弦易辙。
>>> hasattr(tc, 'talk') 
True 
>>> hasattr(tc, 'fnord') 
False 
在上述代码中，你发现tc（本章前面介绍的TalkingCalculator类的实例）包含属性talk（指
向一个方法），但没有属性fnord。如果你愿意，还可以检查属性talk是否是可调用的。
>>> callable(getattr(tc, 'talk', None)) 
True 
>>> callable(getattr(tc, 'fnord', None)) 
False 
请注意，这里没有在if语句中使用hasattr并直接访问属性，而是使用了getattr（它让我能
够指定属性不存在时使用的默认值，这里为None），然后对返回的对象调用callable。

注意 setattr与getattr功能相反，可用于设置对象的属性：
>>> setattr(tc, 'name', 'Mr. Gumby') 
>>> tc.name 
'Mr. Gumby'

九、抽象基类

然而，有比手工检查各个方法更好的选择。在历史上的大部分时间内，Python几乎都只依赖
于鸭子类型，即假设所有对象都能完成其工作，同时偶尔使用hasattr来检查所需的方法是否存
在。很多其他语言（如Java和Go）都采用显式指定接口的理念，而有些第三方模块提供了这种理
念的各种实现。最终，Python通过引入模块abc提供了官方解决方案。这个模块为所谓的抽象基
类提供了支持。一般而言，抽象类是不能（至少是不应该）实例化的类，其职责是定义子类应实
现的一组抽象方法。下面是一个简单的示例：
from abc import ABC, abstractmethod 
class Talker(ABC): 
 @abstractmethod 
 def talk(self): 
 pass 
形如@this的东西被称为装饰器。这里的要点是你使用
@abstractmethod来将方法标记为抽象的——在子类中必须实现的方法。

抽象类（即包含抽象方法的类）最重要的特征是不能实例化。
>>> Talker() 
Traceback (most recent call last): 
 File "<stdin>", line 1, in <module> 
TypeError: Can't instantiate abstract class Talker with abstract methods talk 
假设像下面这样从它派生出一个子类：
class Knigget(Talker): 
 pass 
由于没有重写方法talk，因此这个类也是抽象的，不能实例化。如果你试图这样做，将出现
类似于前面的错误消息。然而，你可重新编写这个类，使其实现要求的方法。
class Knigget(Talker): 
 def talk(self): 
 print("Ni!") 
现在实例化它没有任何问题。这是抽象基类的主要用途，而且只有在这种情形下使用
isinstance才是妥当的：如果先检查给定的实例确实是Talker对象，就能相信这个实例在需要的
情况下有方法talk。
>>> k = Knigget()
>>>> isinstance(k, Talker) 
True 
>>> k.talk() 
Ni! 
然而，还缺少一个重要的部分——让isinstance的多态程度更高的部分。正如你看到的，抽
象基类让我们能够本着鸭子类型的精神使用这种实例检查！我们不关心对象是什么，只关心对象
能做什么（它实现了哪些方法）。因此，只要实现了方法talk，即便不是Talker的子类，依然能
够通过类型检查。下面来创建另一个类。
class Herring: 
 def talk(self): 
 print("Blub.") 
这个类的实例能够通过是否为Talker对象的检查，可它并不是Talker对象。
>>> h = Herring() 
>>> isinstance(h, Talker) 
False 
诚然，你可从Talker派生出Herring，这样就万事大吉了，但Herring可能是从他人的模块中
导入的。在这种情况下，就无法采取这样的做法。为解决这个问题，你可将Herring注册为Talker
（而不从Herring和Talker派生出子类），这样所有的Herring对象都将被视为Talker对象。
>>> Talker.register(Herring) 
<class '__main__.Herring'> 
>>> isinstance(h, Talker) 
True 
>>> issubclass(Herring, Talker) 
True 
然而，这种做法存在一个缺点，就是直接从抽象类派生提供的保障没有了。
>>> class Clam: 
... pass 
... 
>>> Talker.register(Clam) 
<class '__main__.Clam'> 
>>> issubclass(Clam, Talker) 
True 
>>> c = Clam() 
>>> isinstance(c, Talker) 
True 
>>> c.talk() 
Traceback (most recent call last): 
 File "<stdin>", line 1, in <module> 
AttributeError: 'Clam' object has no attribute 'talk'
换而言之，应将isinstance返回True视为一种意图表达。在这里，Clam有成为Talker的意图。
本着鸭子类型的精神，我们相信它能承担Talker的职责，但可悲的是它失败了。
标准库（如模块collections.abc）提供了多个很有用的抽象类，有关模块abc的详细信息，
请参阅标准库参考手册。

十、小结

 对象：对象由属性和方法组成。属性不过是属于对象的变量，而方法是存储在属性中的
函数。相比于其他函数，（关联的）方法有一个不同之处，那就是它总是将其所属的对象
作为第一个参数，而这个参数通常被命名为self。
 类：类表示一组（或一类）对象，而每个对象都属于特定的类。类的主要任务是定义其
实例将包含的方法。
 多态：多态指的是能够同样地对待不同类型和类的对象，即无需知道对象属于哪个类就
可调用其方法。
 封装：对象可能隐藏（封装）其内部状态。在有些语言中，这意味着对象的状态（属性）
只能通过其方法来访问。在Python中，所有的属性都是公有的，但直接访问对象的状态时
程序员应谨慎行事，因为这可能在不经意间导致状态不一致。
 继承：一个类可以是一个或多个类的子类，在这种情况下，子类将继承超类的所有方法。
你可指定多个超类，通过这样做可组合正交（独立且不相关）的功能。为此，一种常见
的做法是使用一个核心超类以及一个或多个混合超类。
 接口和内省：一般而言，你无需过于深入地研究对象，而只依赖于多态来调用所需的方
法。然而，如果要确定对象包含哪些方法或属性，有一些函数可供你用来完成这种工作。
 抽象基类：使用模块abc可创建抽象基类。抽象基类用于指定子类必须提供哪些功能，却
不实现这些功能。
 面向对象设计：关于该如何进行面向对象设计以及是否该采用面向对象设计，有很多不
同的观点。无论你持什么样的观点，都必须深入理解问题，进而创建出易于理解的设计。

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