6.1 Python面向对象设计及应用

news2024/11/18 7:52:08

1 类和对象

对象是具有某些特性和功能的具体事物的抽象。每个对象都具有描述其特征的属性及附属于它的行为。如：一个人有姓名、性别、身高、体重等特征描述，也有走路、说话、学习、开车等行为。
每个对象都有一个类，类是创建对象实例的模板，是对对象的抽象和概括，它包含对所创建对象的属性描述和行为特征的定义。如：我们在马路上看到的汽车都是一个个的汽车对象，它们都属于汽车类。

面向对象的其它重要概念：

  • 封装
  • 继承
  • 多态
  • 对基类方法的覆盖或重写。

2 定义和使用类

2.1 类定义

创建类的语法为：

class 类名:
	属性（成员变量）
	属性
	...
	成员函数（成员方法）
	...

例如，定义一个Person类：

class Person:
	num = 1					#成员变量
	def SayHello(self):		#成员函数
		print("Hello!")

2.2 对象定义

对象是类的实例。如果人类是一个类的话，那么某个具体的人就是一个对象。只有定义了具体的对象，才可以通过“对象名.成员”的方式来访问其中的数据成员或成员函数。
创建对象的语法为：

对象名 = 类名()

例如，下面的代码定义了一个类Person的对象p:

p = Person()
p.SayHello() 	#访问成员函数SayHello()

3 属性和方法

属性：
　　公有属性 （属于类，每个类一份）
　　普通属性 （属于对象，每个对象一份）
　　私有属性 （属于对象，跟普通属性相似，只是不能通过对象直接访问）
方法：（按作用）
　　构造方法
　　析构函数
方法：（按类型）
　　普通方法
　　私有方法（方法前面加两个下划线）
　　静态方法
　　类方法
　　属性方法

3.1 构造函数__init__

  • 方法__init__()又被称为构造器（constructor）或构造函数；
  • 用__init__()这个特殊的方法（函数）可以方便地自己对类的属性进行定义；
  • 定义完init()方法后，创建的每个实例都有自己的属性，也方便直接调用类中的函数
  • 成员函数需要被手动调用，而构造函数在创建对象的过程中是自动被调用的。
class Box:
    def  __init__(self, width, height, depth):  #这里的init函数就相当于跟类同名的函数,即指代类Box本身实例化了一个具体的Box
        self.width = width
        self.height = height
        self.depth = depth
 
    def getVolume(self):
        return self.width * self.height * self.depth
 
b = Box(10, 20, 30)  #构造函数在创建对象的过程中是自动被调用的,
print(b.getVolume())

3.2 析构函数

析构函数__del__(self): 在程序结束时自动执行，如果程序没有结束，那么析构函数函数里面的代码不会执行。
执行时间：

  1. 如果该函数在class里面，那么类里面的方法运行完毕，就会自动执行析构函数函数的代码；
  2. 手动删除：del+变量名 删除之后不能再次使用。

例如：

class Box:
    def  __init__(self, width, height, depth):  #这里的init函数就相当于跟类同名的函数,即指代类Box本身实例化了一个具体的Box
        self.width = width
        self.height = height
        self.depth = depth
    
    def __del__(self):
    	print("Box's object is not existed!")
 
    def getVolume(self):
        return self.width * self.height * self.depth
 
b = Box(10, 20, 30)  # 构造函数在创建对象的过程中是自动被调用的,
print(b.getVolume())
print(b)
del b				#删除b对象变量

3.3 类属性和实例属性

  • 类属性是在类中定义的属性，它是和这个类所绑定的，这个类中的所有对象都可以访问。访问时可以通过类名来访问，也可以通过实例名来访问。
  • 实例属性是与类的实例相关联的数据值，是这个实例私有的，只有这个对象自己可以访问。当一个实例被释放后，它的属性同时也被清除了。

例1：

# 定义了类之后，Python就会为类分配一块内存空间，里面放它的相关属性和方法。
# 这里在类中定一个了一个类属性，相当于在Person类的内存空间中有了值为10的age属性。
class Person():
    age = 10
 
# 给类名加上函数调用符号，就相当于创建了一个对象。
# 现在我们分别创建了一个叫沈腾的人和一个叫马丽的人。
# 创建后，Python也会为对象分别分配内存空间
st = Person()  
ml = Person()
 
# 使用对象访问类属性，它会先去对象的内存空间里面找age属性，如果没有，就向上找对象所属类的内存空间。
# 而在这里它并不是直接取了对象的内存空间的age属性，因为此时对象的内存空间里面还没有age属性。
# 这里实际上是对象访问了类的内存空间，从类内存空间中取出来age属性的值，并打印出来
# 所以这里沈腾对象属性值和马丽对象属性值都是类属性值10
print("st对象：%s" % st.age)  
print("ml对象：%s" % ml.age)
 
 # 要记住一点，只要给对象有了赋值操作，那么就相当于给对象的内存空间中动态创建了一个属性，所以这里此时沈腾对象的内存空间中有了一个age属性了，是属于这个对象的属性，也就是我们所说的实例属性。
 # 那么此时st.age会先在对象内存空间中找age属性，找到了，就不会再去类内存空间中找，所以此时st.age访问的是对象内存空间的age属性。
 # 所以此时沈腾对象属性值是沈腾对象内存空间age属性的值，也就是12。而非类属性值10。
st.age = 12 
print("st对象：%s" % st.age)
 
# 因为马丽对象还没有进行赋值操作，所以它还没有在它自己的内存空间中动态创建age属性。所以它这里访问的依旧是类内存空间中的age属性值。
# 而上述语句改变的是沈腾内存空间中age的值，所以不会影响到马丽对象属性值。
# 这里打印马丽对象属性值也就是类的属性值10。
print("ml对象：%s" % ml.age) 
 
# 因为上面的赋值语句改变的是对象的内存空间，所以类属性的值其实并没有改变，依旧是原来的值10。
print("类属性值：%s" % Person.age)

根据运行结果分析如下：

  • 在没有st.age没有执行之前的打印值都是类属性的值10，而st.age=12执行后，st.age值就变成了12；
  • ml.age和Person.age都没有变，依旧是类属性的10。
    在这里插入图片描述

例2：可以在类的构造方法__init__中对对象的属性进行初始化，这里也是相当于对对象的属性进行了赋值操作，所以也是在对象的内存空间中动态的创建了实例属性。因为self参数就相当于对象自己，self.age在对象创建后就相当于对象.age，如st.age，ml.age，和上面例子原理是一样的。

class Person():
    age = 10
    def __init__(self, age):
        self.age = age
 
 
# 因为在构造方法中就已经给self.age属性赋值了。
# 所以创建对象时，沈腾对象内存空间中和马丽对象内存空间中就都有了age属性，这是属于对象的属性。
# 所以以后在使用st.age和ml.age时，访问到的都是对象内存空间中的age值了。
st = Person(18)  
ml = Person(9)
 
# 这里就访问的是对象内存空间中的age属性值了
# 所以分别打印18和9
print("st对象：%s" % st.age)  
print("ml对象：%s" % ml.age)
 
# 这里给沈腾对象的age属性重新赋值，改变的也仅是沈腾对象内存空间中的age属性值
# 不会改变马丽对象内存空间age属性值和类内存空间age属性值。
st.age = 12  
print("st对象：%s" % st.age)
print("ml对象：%s" % ml.age) 
print("类属性值：%s" % Person.age)

在这里插入图片描述
总结如下：

  • 类属性在类创建时就存在于类的内存空间中。
  • 如果类的构造函数中没有初始化对象属性，那么对象在创建时内存空间是没有这个属性的。
  • 实例属性是通过赋值语句来动态创建的。如果没有动态创建，通过对象访问和类同名的属性时，会现在对象内存空间中查找是否有该属性，没有就去类内存空间中查找。
  • 如果已经动态创建了实例属性，那么Python使用对象访问和类同名的属性时，是一定先访问对象内存空间中的实例属性的。

3.4 私有成员与公有成员

类的成员，是类的数据成员和类的方法的统称。为了控制对类的成员的访问权限，类的成员分：公有、保护 、私有三种类型。

  • 公有成员：任何时候都可以访问的成员即为公有成员，在定义类的公有成员时没有什么特殊的要求；
  • 保护成员：名称以一条下划线“_”开头的成员为保护成员。例如：_x、_fun()。保护成员一般都是可以访问的，只是不能用“from module import * ”语句把其它模块定义的保护成员导入到当前模块；
  • 私有成员：名称以两条下划线“__”开头的成员为私有成员。例如：__x、__fun()。私有成员一般不能在类的定义语句外访问。不过，通过“类名._类名私有成员名”(类名和私有成员名之间不要有没有任何的分隔符)或“对象名._类名私有成员名”这样的特殊方式仍然可以访问。

例1：

class Mycls01:
	x = 1 # 公有成员
	_y = 2 # 保护成员
	__z = 3 # 私有成员

# 通过类名访问：
print(Mycls01.x) # 公有成员能访问：1
print(Mycls01._y) # 保护成员也能访问：2
print(Mycls01._Mycls01__z) # 私有成员通过“类名._类名私有成员名”的方式可以访问：3
print(Mycls01.__z) # 私有成员不能直接用类名访问：AttributeError: type object 'Mycls01' has no attribute '__z'

# 通过对象名访问：
obj01 = Mycls01()
print(obj01.x) # 公有成员能访问：1
print(obj01._y) # 保护成员也能访问：2
print(obj01._Mycls01__z) # 私有成员通过“对象名._类名私有成员名”的方式可以访问：3
print(obj01.__z) # 私有成员不能直接用对象名访问：AttributeError: 'Mycls01' object has no attribute '__z'

例2：

class Mycls02:
	def __init__(self):
		self.a = 7 # 公有成员
		self._b = 8 # 保护成员
		self.__c = 9 # 私有成员

obj02 = Mycls02()
print(obj02.a) # 公有成员能访问：7
print(obj02._b) # 保护成员也能访问：8
print(obj02._Mycls02__c) # 私有成员通过“对象名._类名私有成员名”的方式可以访问：9
print(obj02.__c) # 私有成员不能直接用对象名访问：AttributeError: 'Mycls02' object has no attribute '__c'

3.5 静态方法

静态方法的定义如下：

  1. 通过装饰器@staticmethod定义静态方法；
  2. @staticmethod必须写在方法上；
  3. 在静态方法中访问实例属性和实例方法会导致错误；
  4. 调用格式：“类名.静态方法名(参数列表)”。

例1:：

class Person:
    # 类属性
    school = "SWPU"
    tuition = 100000
    count = 0
    
    # 实例属性
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
        Person.count = Person.count+1
 
    # 静态实例
    @staticmethod
    def addNum(a,b):
      print("{0}+{1}={2}".format(a,b,a+b))
      return a+b
 
    # 实例方法
    def get_score(self):
        print("姓名：{0}；年龄：{1}".format(self.name,self.age))
 
stu1 = Person("Zhang", 22)
stu1.get_score()
Person.addNum(1,2)

4 继承

继承用于类的创建上，新创建的叫子类，而被继承的叫做父类。子类可以使用父类属性，继承是描述类与类之间的关系。
为什么要用继承呢？因为继承可以减少代码的冗余以及提高代码的重用性。我们在工作中，用到继承的地方很多。
Python里继承总共有单继承、多继承和多层继承。

4.1 单继承

单继承指的是子类只继承一个父类。
例1：

class A():
    def __init__(self):
        self.a = 'a'
 
    def test_a(self):
        print("aaaa")
    
 
class B(A):
    def __init__(self):
        self.b = 'b'
 
    def test_b(self):
        self.test_a()	#调用A类的方法test_a
        print("bbbb")
 
 
obj = B()
obj.test_b()

4.2 多继承

多继承指的是子类继承了多个父类。

class A():
    def __init__(self):
        self.a = 'a'
 
    def test_a(self):
        print("aaaa")
    
 
class B():
    def __init__(self):
        self.b = 'b'
 
    def test_b(self):
        print("bbbb")
 
 
class C(A, B):
    def __init__(self):
        self.c = 'c'
 
    def test_c(self):
        self.test_a()
        self.test_b()

例子中，C类就分别继承了A类和B类的方法。 多层继承就是指子类继承的父类也有继承别的类，这里就不举例了。

4.3 子类重写父类方法

在某些场景下，子类继承了父类的属性和方法，但子类有同名的方法，这时候就需要重写子类的方法了。

class A():
    def __init__(self):
        self.a = 'a'
 
    def test(self):
        print("aaaa")
    
 
class B(A):
    def __init__(self):
        self.b = 'b'
        super().__init__()
 
    def test(self):
        print("bbbb")

例子中B类继承A类的属性和test()方法，但B也有test方法，那么只需要在B类中重新定义个test()方法即可。

4.4 继承中的注意事项

  • 子类如果重写了__init__方法，子类就不会自动继承父类__init__中的属性。如果要继承父类的属性，需要用到super方法，我们在B类的__init__方法中加上：
super(子类,self).__init__(参数0,参数1...)
父类名称.__init__(self,参数0,参数1...)

若继承父类的所有属性就直接用：

super().__init__()

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