五、Python的类与继承

5.1 Python面向对象编程

在现实世界中存在各种不同形态的事物，这些事物之间存在各种各样的联系。在程序中使用对象来映射现实中的事物，使用对象之间的关系描述事物之间的联系，这种思想用在编程中就是面向对象编程。

（1）面向对象编程的含义

面向对象编程，简称oop，是一种编程范例。它提供了一种结构化程序的方法，以便将属性和行为捆绑到单个对象中。

（2）类与对象定义

对象是一个抽象概念，将对象划分为两个部分，即静态部分和动态部分，静态部分被称为属性，任何对象都具备自身属性，这些不仅是客观存在的，而且是不能忽视的。
类是封装对象的属性和行为的载体，对象是类的示例。

（3）面向对象的特征

面向对象程序设计有三大基本特征：封装、继承、多态。
封装是面向对象编程的核心思想，将对象的属性和行为封装起来，而将对象的属性和行为封装起来的载体就是类。

（4）面向对象与面向过程编程的区别

面向过程思想在早期开发语言中大量使用，它是分析出解决问题的步骤，然后用函数将这些步骤一一实现，使用的时候另行调用，面向过程只考虑在函数中封装代码逻辑，不考虑函数的归属关系。

（5）类的定义与使用

a、定义
在Python中，类表示具有相同属性和方法的对象集合，在使用类时，需要先定义类，然后再创建类的实例，类的定义使用class关键字实现，默认有init方法。

class dog:
	def _init_(self,name,age):
		self.name = name
		self.age = age
	def bark(self):
		print("woof!")
#创建类的实例
my_dog = Dog(name="Buddy",age=3)
#访问对象的属性
print(my_dog.name)#输出:buddy
#调用对象的方法
my_dog.bark()#输出:woof！

b、使用
通过实例化类来创建对象，并通过对象访问属性和调用方法，在上面的例子中，Dog类定义了一个狗的对象，具有name和age两个属性以及bark方法，通过创建my_dog对象，我们可以访问其属性和调用其方法。

5.2 属性和方法的定义和使用

（1）创建类与对象

a、属性

属性用于描述事物的特征，如颜色、大小、数量等。可以分为类属性和对象属性。类的属性存储了类的各种数据，定义位置有类的内部和方法的外部，由该类所有的对象共同拥有。类属性可以通过类名访问，也可以通过对象名访问，但只能通过类名修改。

class Dog:
	count = 0

	def _init_(self,name,age)
		self.name = name
		self.age = age
		Dog.count += 1 #在初始化时增加count的值
	def bark(self):
		print("Woof!")

	在类中，属性是对象的特征或数据，属性通常在构造方法中初始化，并通过self关键字来引用。

b、python的内置类属性

1. dict : 类的属性（包含一个字典，由类的数据属性组成）
2. doc :类的文档字符串
3. name: 类名
4. module: 类定义所在的模块（类的全名是’main.className’，如果类位于一个导入模块mymod中，那么className.module
   等于 mymod）
5. bases : 类的所有父类构成元素（包含了一个由所有父类组成的元组）

c、对象属性

对象属性是对象特征的描述，定义非常灵活，可在方法内部定义，也可在调用实例时添加如scf.name和self.age都是对象属性。私有属性也是一种对象属性。

d、私有属性

在实例变量self前加单个下划线，以保护变量，变量并不是真正的受保护，这只是Python开发者的约定，在看到单个前置下划线的变量时，并不会尝试访问和修改它，双前置下划线会让Python解释器重写属性的名称，以达到保护变量的目的。

e、构造函数

介绍：

构造函数（也称为初始化方法）是一个特殊的方法，当创建类的新实例时会自动调用。在Python中，构造函数的名称是__init__。

代码示例：

class Person:  
    def __init__(self, name, age):  
        self.name = name  
        self.age = age  
  
p = Person("Alice", 30)  
print(p.name)  # 输出: Alice  
print(p.age)   # 输出: 30

f、析构函数

介绍：

析构函数在对象被销毁前（例如，对象被垃圾回收）调用，用于执行清理操作，如关闭文件或释放资源。在Python中，没有显式的析构函数，但可以使用__del__方法作为析构函数的类似物。然而，由于Python的垃圾回收机制，__del__方法并不总是会被调用。

代码示例（虽然不推荐依赖__del__进行资源清理）：

class MyClass:  
    def __del__(self):  
        print("对象被销毁")  
  
# 创建一个对象，但在大多数情况下，我们不会看到"对象被销毁"的输出  
obj = MyClass()

g、对象方法

介绍：

对象方法是类的实例可以调用的方法。它们通常用于操作实例的状态。

代码示例：

class Circle:  
    def __init__(self, radius):  
        self.radius = radius  
  
    def area(self):  
        return 3.14 * self.radius ** 2  
  
circle = Circle(5)  
print(circle.area())  # 输出圆的面积

h、私有方法

介绍：

Python没有真正的私有方法或属性，但有一种约定俗成的做法是使用双下划线前缀来表示“私有”成员。然而，这只是一个命名约定，Python仍然可以从外部访问这些成员。真正的“私有”性是通过其他机制（如属性装饰器）实现的。

代码示例：

class MyClass:  
    def __private_method(self):  
        print("这是一个'私有'方法")  
  
    def public_method(self):  
        self.__private_method()  # 类的内部可以调用它  
  
# 但仍然可以从外部“访问”它（尽管不推荐）  
obj = MyClass()  
obj._MyClass__private_method()  # 注意这里的命名转换

i、Python内置类方法

Python的内置方法（也称为魔法方法或双下划线方法）确实非常多，它们提供了丰富的功能和定制性。这里是一些常用的内置方法的补充，以及它们的简要说明和示例：

1. 初始化与销毁
__init__(self, ...): 构造函数，初始化对象时调用。
__del__(self): 析构函数，对象被销毁前调用（但通常不推荐在__del__中执行重要清理工作）。
2. 字符串与表示
__str__(self): 返回对象的“非正式”字符串表示。
__repr__(self): 返回对象的“正式”字符串表示，供调试使用。
3. 数值运算
__add__(self, other): 实现+运算符。
__sub__(self, other): 实现-运算符。
__mul__(self, other): 实现*运算符。
__truediv__(self, other): 实现/运算符（Python 3中的真实除法）。
__floordiv__(self, other): 实现//运算符（整数除法）。
__mod__(self, other): 实现%运算符（取模）。
__pow__(self, other): 实现**运算符（幂运算）。
4. 序列操作
__len__(self): 返回对象的长度或元素个数。
__getitem__(self, index): 实现item[index]。
__setitem__(self, index, value): 实现item[index] = value。
__delitem__(self, index): 实现del item[index]。
__contains__(self, item): 实现in运算符。
5. 比较运算
__lt__(self, other): 实现<运算符。
__le__(self, other): 实现<=运算符。
__eq__(self, other): 实现==运算符。
__ne__(self, other): 实现!=运算符。
__gt__(self, other): 实现>运算符。
__ge__(self, other): 实现>=运算符。
6. 集合操作
__hash__(self): 返回对象的哈希值（如果对象是可哈希的）。
__iter__(self): 返回一个迭代器对象。
__next__(self): 迭代器对象的next()方法。
__getattribute__(self, name): 访问对象属性时调用。
__setattr__(self, name, value): 设置对象属性时调用。
__delattr__(self, name): 删除对象属性时调用。
7. 上下文管理
__enter__(self): 使用with语句时进入上下文时调用。
__exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): 使用with语句时退出上下文时调用。
8. 容器操作
__contains__(self, item): 实现in运算符，判断容器中是否包含某个元素。
__iter__(self): 返回一个迭代器对象，用于遍历容器中的元素。
示例：自定义一个可迭代对象
python
class MyRange:  
    def __init__(self, start, end):  
        self.value = start  
        self.end = end  
  
    def __iter__(self):  
        return self  
  
    def __next__(self):  
        if self.value < self.end:  
            current_value = self.value  
            self.value += 1  
            return current_value  
        else:  
            raise StopIteration  
  
# 使用自定义的MyRange类  
for i in MyRange(0, 5):  
    print(i)  # 输出: 0 1 2 3 4

5.3 类的继承

继承是面向对象编程的一个重要概念，它允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法。子类可以继承父类的特征，也可以通过定义自己的属性和方法来扩展或修改父类的行为。一个类继承另一个类时，它将自动获得另一个类的属性和方法，原有的类称为父类。
新类称为子类，子类不能继承父类的私有属性和方法，但能继承父类其他的属性和方法，同时还可以定义自己的属性和方法，子类定义格式如下：

class 子类名（父类名）

（1）子类的方法_init_

如果子类重新定义了父类方法后，还需要访问父类的同名方法，如__init__，可以使用super关键字。

（2）给子类定义属性和方法

一个类继承另一个类后，可添加区分子类里父类所需的新属性和方法。
定义子类时，可以根据需要添加任意数量的属性和方法，但要注意子类中只添加子类独有的属性和方法，如果是所有子类都拥有的，应该添加到父类的属性和方法中。

（3）重写父类方法

对于父类中的方法，如果它不符合子类模拟的实物的行为，都可对其进行重写，为此，可在子类中定义与父类同名的方法，这样，python程序在运行时将不会考虑这个父方法，而只考虑同名的子类方法。

（4）将实例用作属性

使用代码模拟实物时，可能会发现需要给类添加的细节越来越多，属性和方法清单以及文件都越来越长。在这种情况下，可能需要将类的一部分作为一个独立的类提取出来，将大类拆分成多个协同工作的小类，即将一个类的实例作为另一个类的属性。

5.4 导入类

类的编写也要遵循模块化编程，导入类有多种方式，可以导入单个类，导入多个类，导入整个模块导入模块中的所有类等。