Python从0到100（十七）：面向对象编程进阶

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前言： 零基础学Python：Python从0到100最新最全教程。 想做这件事情很久了，这次我更新了自己所写过的所有博客，汇集成了Python从0到100，共一百节课，帮助大家一个月时间里从零基础到学习Python基础语法、Python爬虫、Web开发、计算机视觉、机器学习、神经网络以及人工智能相关知识，成为学习学习和学业的先行者！
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一、封装

封装：将属性和方法放到一起做为一个整体，然后通过实例化对象来处理，这样隐藏内部实现细节，只需要和对象及其属性和方法交互就可以了。

为了更好的封装，还可以对类的属性和方法增加访问权限控制：

# 在属性名和方法名 前面 加上两个下划线 __ 即成为私有权限
class Master(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "古法煎饼果子配方" 
    def make_cake(self):          
        print("[古法] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

class School(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "现代煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        print("[现代] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

class Prentice(School, Master):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "猫氏煎饼果子配方"
        # 私有属性，可以在类内部通过self调用，但不能通过对象访问
        self.__money = 10000  

    # 私有方法，可以在类内部通过self调用，但不能通过对象访问
    def __print_info(self):
        print(self.kongfu)
        print(self.__money)

    def make_cake(self):
        self.__init__()
        print("[猫氏] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

    def make_old_cake(self):
        Master.__init__(self) 
        Master.make_cake(self)


    def make_new_cake(self):
        School.__init__(self) 
        School.make_cake(self)

class PrenticePrentice(Prentice):
    pass


damao = Prentice()
# 对象不能访问私有权限的属性和方法
# print(damao.__money)
# damao.__print_info()


pp = PrenticePrentice()
# 子类不能继承父类私有权限的属性和方法
print(pp.__money) 
pp.__print_info()

私有属性不能直接访问，所以无法通过第一种方式修改，一般的通过第二种方式修改私有属性的值：定义一个可以调用的公有方法，在这个公有方法内访问修改。

二、继承

1.继承概念

在程序中，继承描述的是多个类之间的所属关系。如果一个类A里面的属性和方法可以复用，则可以通过继承的方式，传递到类B里。

那么类A就是基类，也叫做父类；类B就是派生类，也叫做子类：

# 父类
class A(object):
    def __init__(self):
        self.num = 10

    def print_num(self):
        print(self.num + 10)
# 子类
class B(A):
    pass


b = B()
print(b.num) 
b.print_num()

2.单继承

虽然子类没有定义__init__方法初始化属性，也没有定义实例方法，但是父类有。所以只要创建子类的对象，就默认执行了那个继承过来的__init__方法。

# 定义一个Master类
class Master(object):
    def __init__(self):
        # 属性
        self.kongfu = "古法煎饼果子配方" 

    # 实例方法
    def make_cake(self):
        print("按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)


# 定义Prentice类，继承了 Master，则Prentice是子类，Master是父类。
class Prentice(Master): 
    # 子类可以继承父类所有的属性和方法，哪怕子类没有自己的属性和方法，也可以使用父类的属性和方法。
    pass                

# laoli = Master()
# print(laoli.kongfu)
# laoli.make_cake()

damao = Prentice()  # 创建子类实例对象
print(damao.kongfu) # 子类对象可以直接使用父类的属性
damao.make_cake()   # 子类对象可以直接使用父类的方法

注意：子类在继承的时候，在定义类时，小括号()中为父类的名字。

3.多继承

多继承可以继承多个父类，也继承了所有父类的属性和方法，如果多个父类中有同名的属性和方法，则默认使用第一个父类的属性和方法（根据类的魔法属性mro的顺序来查找）。

class Master(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "古法煎饼果子配方"  # 实例变量，属性

    def make_cake(self):                    # 实例方法，方法
        print("[古法] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

    def dayandai(self):
        print("师傅的大烟袋..")

class School(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "现代煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        print("[现代] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

    def xiaoyandai(self):
        print("学校的小烟袋..")

# class Prentice(School, Master):  # 多继承，继承了多个父类（School在前）
#     pass

# damao = Prentice()
# print(damao.kongfu)
# damao.make_cake()
# damao.dayandai()
# damao.xiaoyandai()


class Prentice(Master, School):  # 多继承，继承了多个父类（Master在前）
    pass

damao = Prentice()
print(damao.kongfu) # 执行Master的属性
damao.make_cake() # 执行Master的实例方法

# 子类的魔法属性__mro__决定了属性和方法的查找顺序
print(Prentice.__mro__)

damao.dayandai() # 不重名不受影响
damao.xiaoyandai()

4.子类重写父类的同名属性和方法

class Master(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "古法煎饼果子配方" 

    def make_cake(self): 
        print("[古法] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)


class School(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "现代煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        print("[现代] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)


class Prentice(School, Master):  # 多继承，继承了多个父类
    def __init__(self):
        self.kongfu = "猫氏煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        print("[猫氏] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)


# 如果子类和父类的方法名和属性名相同，则默认使用子类的
# 叫 子类重写父类的同名方法和属性
damao = Prentice()
print(damao.kongfu) # 子类和父类有同名属性，则默认使用子类的
damao.make_cake() # 子类和父类有同名方法，则默认使用子类的

# 子类的魔法属性__mro__决定了属性和方法的查找顺序
print(Prentice.__mro__)

5.通过super()调用父类方法

class Master(object):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "古法煎饼果子配方"  # 实例变量，属性

    def make_cake(self):  # 实例方法，方法
        print("[古法] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)


# 父类是 Master类
class School(Master):
    def __init__(self):
        self.kongfu = "现代煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        print("[现代] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)
        super().__init__()  # 执行父类的构造方法
        super().make_cake()  # 执行父类的实例方法


# 父类是 School 和 Master
class Prentice(School, Master):  # 多继承，继承了多个父类
    def __init__(self):
        self.kongfu = "猫氏煎饼果子配方"

    def make_cake(self):
        self.__init__()  # 执行本类的__init__方法，做属性初始化 self.kongfu = "猫氏...."
        print("[猫氏] 按照 <%s> 制作了一份煎饼果子..." % self.kongfu)

    def make_all_cake(self):
        # 方式1. 指定执行父类的方法（代码臃肿）
        # School.__init__(self)
        # School.make_cake(self)
        #
        # Master.__init__(self)
        # Master.make_cake(self)
        #
        # self.__init__()
        # self.make_cake()

        # 方法2. super() 带参数版本，只支持新式类
        # super(Prentice, self).__init__() # 执行父类的 __init__方法 
        # super(Prentice, self).make_cake()
        # self.make_cake()

        # 方法3. super()的简化版，只支持新式类
        super().__init__()  # 执行父类的 __init__方法 
        super().make_cake()  # 执行父类的 实例方法
        self.make_cake()  # 执行本类的实例方法


damao = Prentice()
damao.make_cake()
damao.make_all_cake()

# print(Prentice.__mro__)

三、多态

所谓多态：定义时的类型和运行时的类型不一样，此时就成为多态，多态的概念是应用于Java和C#这一类强类型语言中，而Python崇尚“鸭子类型”。

鸭子类型：虽然我想要一只"鸭子"，但是你给了我一只鸟。但是只要这只鸟走路像鸭子，叫起来像鸭子，游泳也像鸭子，我就认为这是鸭子。

Python的多态，就是弱化类型，重点在于对象参数是否有指定的属性和方法，如果有就认定合适，而不关心对象的类型是否正确。

class F1(object):
    def show(self):
        print('F1.show')

class S1(F1):
    def show(self):
        print('S1.show')

class S2(F1):
    def show(self):
        print('S2.show')

def Func(obj):  
    # python是弱类型，即无论传递过来的是什么，obj变量都能够指向它，这也就没有所谓的多态了（弱化了这个概念）
    print(obj.show())

s1_obj = S1()
Func(s1_obj) 

s2_obj = S2()
Func(s2_obj)

四、静态方法和类方法

之前我们在类中定义的方法都是对象方法，换句话说这些方法都是对象可以接收的消息。除了对象方法之外，类中还可以有静态方法和类方法，这两类方法是发给类的消息，二者并没有实质性的区别。在面向对象的世界里，一切皆为对象，我们定义的每一个类其实也是一个对象，而静态方法和类方法就是发送给类对象的消息。那么，什么样的消息会直接发送给类对象呢？

举一个例子，定义一个三角形类，通过传入三条边的长度来构造三角形，并提供计算周长和面积的方法。计算周长和面积肯定是三角形对象的方法，这一点毫无疑问。但是在创建三角形对象时，传入的三条边长未必能构造出三角形，为此我们可以先写一个方法来验证给定的三条边长是否可以构成三角形，这种方法很显然就不是对象方法，因为在调用这个方法时三角形对象还没有创建出来。我们可以把这类方法设计为静态方法或类方法，也就是说这类方法不是发送给三角形对象的消息，而是发送给三角形类的消息，代码如下所示。

class Triangle(object):
    """三角形类"""

    def __init__(self, a, b, c):
        """初始化方法"""
        self.a = a
        self.b = b
        self.c = c

    @staticmethod
    def is_valid(a, b, c):
        """判断三条边长能否构成三角形(静态方法)"""
        return a + b > c and b + c > a and a + c > b

    # @classmethod
    # def is_valid(cls, a, b, c):
    #     """判断三条边长能否构成三角形(类方法)"""
    #     return a + b > c and b + c > a and a + c > b

    def perimeter(self):
        """计算周长"""
        return self.a + self.b + self.c

    def area(self):
        """计算面积"""
        p = self.perimeter() / 2
        return (p * (p - self.a) * (p - self.b) * (p - self.c)) ** 0.5

上面的代码使用staticmethod装饰器声明了is_valid方法是Triangle类的静态方法，如果要声明类方法，可以使用classmethod装饰器。可以直接使用类名.方法名的方式来调用静态方法和类方法，二者的区别在于，类方法的第一个参数是类对象本身，而静态方法则没有这个参数。简单的总结一下，对象方法、类方法、静态方法都可以通过类名.方法名的方式来调用，区别在于方法的第一个参数到底是普通对象还是类对象，还是没有接受消息的对象。静态方法通常也可以直接写成一个独立的函数，因为它并没有跟特定的对象绑定。