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当前版本号[20230806]。
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20230806 | 初版 |
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文章目录
- 版本说明
- 目录
- 知识总览图
- 面向对象
- 初识对象
- 生活中数据的组织
- 程序中数据的组织
- 使用对象组织数据
- 成员方法
- 类的定义和使用
- 成员变量和成员方法
- 成员方法的定义语法
- 注意事项
- 类和对象
- 现实世界的事物和类
- 使用类和对象描述现实事物
- 在程序中通过类来描述
- 基于类创建对象
- 构造方法
- 属性(成员变量)的赋值
- 构造方法注意事项
- 练习:学生信息录入
- 其它内置方法
- 魔术方法
- `__str__ `字符串方法
- `__lt__`小于符号比较方法
- `__le__`小于等于比较符号方法
- 总结:常用魔术方法
- 封装
- 面向对象的三大特性
- 对用户隐藏的属性和行为
- 私有成员
- 使用私有成员
- 练习:设计带有私有成员的手机
- 继承
- 继承的基础语法
- 继承的引出
- 单继承
- 多继承
- 多继承注意事项
- 复写和使用父类成员
- 复写
- 调用父类同名成员
- 类型注解
- 变量的类型注解
- 为什么需要类型注解
- 类型注解
- 类型注解的语法
- 类型注解的限制
- 函数(方法)的类型注解
- 函数(方法)的类型注解 - 形参注解
- 函数(方法)的类型注解 - 返回值注解
- Union类型
- 多态
- 抽象类(接口)
- 综合案例
- 数据分析案例
- 数据内容
- 需求分析
- 案例参考代码
知识总览图
面向对象
初识对象
生活中数据的组织
学校开学,要求学生填写自己的基础信息,一人发一张白纸,让学生自己填,易出现内容混乱
但当改为登记表,打印出来让学生自行填写,就会整洁明了
程序中数据的组织
在程序中简单使用变量来记录学生信息,是比较的混乱、不统一
使用变量记录数据太乱了。
如果程序中也和生活中一样
- 可以设计表格
- 可以将设计的表格打印出来
- 可以将打印好的表格供人填写内容
那么数据的组织就非常方便了。
使用对象组织数据
在程序中是可以做到和生活中那样,设计表格、生产表格、填写表格的组织形式的。
- 在程序中设计表格,我们称之为:设计类(class)
#设计一个对象(类比在生活中,设计一张登记表)
class student:
name = None #记录学生姓名
gender = None #记录学生性别
nationality = None #记录学生国籍
native_place = None #记录学生籍贯
age = None #记录学生年龄
- 在程序中打印生产表格,我们称之为:创建对象
#创建一个对象(类比在生活中,打印一张登记表)
stu_1 = student()
- 在程序中填写表格,我们称之为:对象属性赋值
#对象属性进行赋值(类比在生活中填写表单)
stu_1.name = "皮卡丘"
stu_1.gender = "男"
stu_1.nationality = "中国"
stu_1.native_place = "山东省"
stu_1.age = 31
具体设计过程可以以下面流程进行参考:
成员方法
类的定义和使用
在上一节中,我们简单了解到可以使用类去封装属性,并基于类创建出一个个的对象来使用。
现在我们来看看类的使用语法
:
创建类对象的语法
:
对象 = 类名称()
类
所包括:
成员变量和成员方法
那么,什么是类的行为(方法)呢?
class student:
name = None #记录学生姓名
def say_hi(self):
print(f"hi,我是{self.name},你好哇")
#创建一个对象
stu_1 = student()
stu_1.name = "小叮当"
stu_1.say_hi()
可以看出,类中:
- 不仅可以定义属性用来记录数据
- 也可以定义函数,用来记录行为
其中:
-
类中定义的属性(变量)
,我们称之为:成员变量 -
类中定义的行为(函数)
,我们称之为:成员方法
所以在以后的学习中:
在类中定义的行为(函数)
,我们称之为:成员方法
在类外定义的行为(函数)
,我们称之为:函数注意:函数是写在类外的,定义在类内部,我们都称之为方法哦
成员方法的定义语法
在类中定义成员方法和定义函数基本一致,但仍有细微区别:
可以看到,在方法定义的参数列表中,有一个:self关键字
self关键字是成员方法定义的时候,必须填写的。【系统有时也会自动补齐】
- 它用来表示类对象自身的意思
- 当我们使用类对象调用方法的是,self会自动被python传入
- 在方法内部,想要访问类的成员变量,必须使用self
完整来说为:
注意事项
self关键字,尽管在参数列表中,但是传参的时候可以忽略它。
如:
可以看到,在传入参数的时候,self是透明的,可以不用理会它。
类和对象
现实世界的事物和类
现实世界的事物也有属性和行为,类也有属性和行为。
使用程序中的类,可以完美的描述现实世界的事物
基于类创建对象的语法:
对象名 = 类名称()
Q:为什么非要创建对象才能使用呢?
类只是一种程序内的“设计图纸”
,需要基于图纸生产实体(对象)
,才能正常工作这种套路,称之为:面向对象编程
使用类和对象描述现实事物
在现实中,生产事物需要有设计图纸,才能有生成实体得以生产出来。
在程序中通过类来描述
基于类创建对象
这就是面向对象编程:设计类,基于类创建对象,由对象做具体的工作
完整代码:
class Clock:
id = None #序列化
price = None #价格
def ring(self):
import winsound
winsound.Beep(2000, 3000) #2000表示响铃的频率,3000表示响铃的时间
#构建两个闹钟对象并让其工作
clock1 = Clock()
clock1.id = "008032"
clock1.price = 19.99
print(f"闹钟ID:{clock1.id}, 价格:{clock1.price}")
clock1.ring()
clock2 = Clock()
clock2.id = "001234"
clock2.price = 24.99
clock2.ring()
print(f"闹钟ID:{clock2.id}, 价格:{clock2.price}")
输出如下:
构造方法
属性(成员变量)的赋值
上方代码中,为对象的属性赋值需要依次进行,略显繁琐。有没有更加高效的方式,能够一行代码就完成呢?
思考:
student()这个括号,能否像函数(方法)那样,通过传参的形式对属性赋值呢?
可以,需要使用构造方法:__init__()
构造方法
Python类可以使用:__init__()
方法,称之为构造方法。
可以实现:
- 在创建类对象(构造类)的时候,会自动执行。
- 在创建类对象(构造类)的时候,将传入参数自动传递给__init__方法使用。
- 构建类时传入的参数会自动提供给__init__方法
- 构建类的时候__init__方法会自动执行
构造方法注意事项
-
重要的事情说三遍,构造方法名称:init init init , 千万不要忘记init前后都有2个下划线
-
构造方法也是成员方法,不要忘记在参数列表中提供:self
-
在构造方法内定义成员变量,需要使用self关键字
-
这是因为:变量是定义在构造方法内部,如果要成为成员变量,需要用self来表示。
参考代码:
class Clock:
id = None #序列化 可以忽略
price = None #价格 可以忽略
def __init__(self, id, price):
self.id = id
self.price =price
clock01 = Clock("000717", 77.99)
print(clock01.id)
print(clock01.price)
演示如下:
练习:学生信息录入
开学了有一批学生信息需要录入系统,请设计一个类,记录学生的:
姓名、年龄、地址
,这3类信息
请实现:
- 通过
for循环
,配合input输入语句
,并使用构造方法
,完成学生信息的键盘录入 - 输入完成后,使用
print语句
,完成信息的输出
输出结果参考如下:
参考代码如下:
class Student:
name = None #名字
age = None #年龄
address = None #地址
def __init__(self, name, age, address):
self.name = name
self.age =age
self.address = address
print("当前录入第1位学生信息,总共需要录入2位学生信息")
stu1 = Student(
input("请输入学生姓名:"),
input("请输入学生年龄:"),
input("请输入学生地址:")
)
print(f"学生1信息录入完成,信息为:【学生姓名:{stu1.name}, 年龄:{stu1.age}, 地址:{stu1.address}")
print("当前录入第2位学生信息,总共需要录入2位学生信息")
stu2 = Student(
input("请输入学生姓名:"),
input("请输入学生年龄:"),
input("请输入学生地址:")
)
print(f"学生1信息录入完成,信息为:【学生姓名:{stu2.name}, 年龄:{stu2.age}, 地址:{stu2.address}")
演示如下:
其它内置方法
魔术方法
上文学习的__init__ 构造方法,是Python类内置的方法之一。
这些内置的类方法,各自有各自特殊的功能,这些内置方法我们称之为:魔术方法
__str__
字符串方法
当类对象需要被转换为字符串之时,会输出如上结果(内存地址)
- 方法名:
__str__
- 返回值:字符串
- 内容:自行定义
内存地址没有多大作用,我们可以通过__str__方法,控制类转换为字符串的行为。
__lt__
小于符号比较方法
直接对2个对象进行比较是不可以的,但是在类中实现__lt__方法,即可同时完成:小于符号 和 大于符号
2种比较
- 方法名:
__lt__
- 传入参数:other,另一个类对象
- 返回值:True 或 False
- 内容:自行定义
__le__
小于等于比较符号方法
魔术方法:__le__
可用于:<=、>=两种比较运算符上。【默认情况下是小于等于,如改成大于等于则所有结果都要变化】
- 方法名:
__le__
- 传入参数:other,另一个类对象
- 返回值:True或False
- 内容:自行定义
总结:常用魔术方法
参考代码:
class Student:
name = None #名字
age = None #年龄
def __le__(self, other):
return self.age <= other.age
def __str__(self):
return f"在student类对象中,姓名为:{self.name}, 年龄为: {self.age}"
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age =age
student01 = Student("银狼", 18)
student02 = Student("姬子", 28)
print(student01)
print(student02)
print(student01 >= student02)
结果如下:
封装
面向对象的三大特性
面向对象编程,是许多编程语言都支持的一种编程思想。
简单理解是:基于模板(类)去创建实体(对象),使用对象完成功能开发。
面向对象包含3大主要特性:
- 封装
- 继承
- 多态
封装表示的是,将现实世界事物的:
•属性
•行为
封装到类中,描述为:
•成员变量
•成员方法
从而完成程序对现实世界事物的描述
简单来说,将现实世界事物在类中描述为属性和方法
,即为封装
。
对用户隐藏的属性和行为
现实世界中的事物,有属性和行为。
但是不代表这些属性和行为都是开放给用户使用的。
私有成员
既然现实事物有不公开的属性和行为,那么作为现实事物在程序中映射的类,也应该支持。
类中提供了私有成员的形式来支持。
- 私有成员变量
- 私有成员方法
定义私有成员的方式非常简单,只需要:
- 私有成员变量:变量名以__开头(2个下划线)
- 私有成员方法:方法名以__开头(2个下划线)
即可完成私有成员的设置
使用私有成员
1、私有方法无法直接被类对象使用
2、私有变量无法赋值,也无法获取值
3、私有成员无法被类对象使用,但是可以被其它的成员使用。
演示代码如下:
class Student:
name = None #名字
authority = None #权限
def __look_score(self):
print("你的权限大于等于1,可以查看班级成绩!")
def register(self):
print("你已成功登录教务系统!")
if self.authority >= 1:
self.__look_score()
print("查看班级成绩结束!")
else:
print("你的权限小于1,不可以查看班级成绩!")
student01 = Student()
student01.name = "小吴"
student01.authority = 2
student01.register()
演示结果如下:
练习:设计带有私有成员的手机
设计一个手机类,内部包含:
•私有成员变量:__is_5g_enable,类型bool,True表示开启5g,False表示关闭5g
•私有成员方法:__check_5g(),会判断私有成员__is_5g_enable的值
•若为True,打印输出:5g开启
•若为False,打印输出:5g关闭,使用4g网络
•公开成员方法:call_by_5g(),调用它会执行
•调用私有成员方法:__check_5g(),判断5g网络状态
•打印输出:正在通话中
运行结果:
通过完成这个类的设计和使用,体会封装中私有成员的作用
•对用户公开的,call_by_5g()方法
•对用户隐藏的,__is_5g_enable私有变量和__check_5g私有成员
参考代码:
class Phone:
__is_5g_enable = None #ture为开启,false为关闭
def __check_5g(self):
if self.__is_5g_enable == True:
print("5g开启")
else:
print("5g关闭,使用4g网络")
def call_by_5g(self, msg):
self.__check_5g()
print("正在通话中")
phone01 = Phone()
phone01.call_by_5g(True)
演示结果如下:
继承
继承的基础语法
继承的引出
如果你是设计师,你会如何选择?
1.每一代新款手机,都从零开始出设计图
2.基于老款的设计图,修修改改
那如果构建Phone2022类,你会选择:
1.从头写一个新的类
2.基于已有的Phone类进行修改
==> 我们可以使用继承,来完成此需求
单继承
继承分为:单继承和多继承
使用如图语法,可以完成类的单继承。
继承表示:将从父类那里继承(复制)来成员变量和成员方法(不含私有)
单继承演示代码:
class Phone:
number = None
cpu = None
def call_by_4g(self):
print("开启4G通话!")
class Phone2023(Phone):
ability = None
def call_by_5g(self):
print("开启5G通话!")
phone = Phone2023()
phone.call_by_4g()
phone.call_by_5g()
演示结果如下:
多继承
Python的类之间也支持多继承,即一个类,可以继承多个父类
Q:pass关键字的作用是什么
pass是
占位语句
,用来保证函数(方法)或类定义的完整性
,表示无内容,空的意思
多继承演示代码:
class Phone:
number = None
cpu = None
def call_by_4g(self):
print("开启4G通话!")
class door:
door_id = None
def call_for_door(self):
print("智能门锁已开启!")
class infraredray:
infrared_ray = None
def call_infrared_ray(self):
print("红外线功能已开启!")
class Phone2023(Phone, door, infraredray):
pass
phone = Phone2023()
phone.call_by_4g()
phone.call_for_door()
phone.call_infrared_ray()
演示结果如下:
多继承注意事项
多个父类中,如果有同名的成员,那么默认以**继承顺序(从左到右)**为优先级。
即:先继承的保留,后继承的被覆盖
复写和使用父类成员
复写
子类继承父类的成员属性和成员方法后,如果对其“不满意”,那么可以进行复写。
即:在子类中重新定义同名的属性或方法即可。
调用父类同名成员
一旦复写父类成员,那么类对象调用成员的时候,就会调用复写后的新成员
如果需要使用被复写的父类的成员,需要特殊的调用方式:
方式1:
•调用父类成员
使用成员变量:父类名.成员变量
使用成员方法:父类名.成员方法(self)
方式2:
•使用super()调用父类成员
使用成员变量:super().成员变量
使用成员方法:super().成员方法()
注:
只能在子类内调用父类的同名成员。
子类的类对象直接调用会调用子类复写的成员
演示代码:
class Phone:
number = 13.7
cpu = None
def call_by_4g(self):
print("开启4G通话!")
class Phone2023(Phone):
number = 14.1
def call_by_4g(self):
print("开启4G通话!")
Phone.call_by_4g(self) #调用父类同名成员第一种方式
super().call_by_4g() #调用父类同名成员第二种方式
print("如有需要,可在后台为你开启5G通话!")
phone = Phone2023()
phone.call_by_4g()
演示结果:
类型注解
变量的类型注解
为什么需要类型注解
在PyCharm中编写代码,我们经常能够见到如下提示:
这便是:自动提示可用方法
Q:思考,为什么PyCharm工具能够做到这一点?
它是如何知道这个对象有append方法?
因为:PyCharm确定这个对象,是list类型
同样,我们换一份代码:
定义一个函数func,接收一个参数data
你会发现,PyCharm不会在做出任何提示了
Q;思考,为什么PyCharm工具无法提示了?
因为:PyCharm不确定这个对象是什么类型
又或者当我们调用方法,进行传参的时候(快捷键ctrl + p弹出提示):
Q:为什么内置模块random的方法可以提示类型自己定义的就不可以?
因为PyCharm无法通过代码,确定应传入什么类型,我们需要使用类型注解
类型注解
Python在3.5版本的时候引入了类型注解,以方便静态类型检查工具,IDE等第三方工具。
类型注解:在代码中涉及数据交互的地方,提供数据类型的注解(显式的说明)。
主要功能:
- 帮助第三方IDE工具(如PyCharm)对代码进行类型推断,协助做代码提示
- 帮助开发者自身对变量进行类型注释
支持:
- 变量的类型注解
- 函数(方法)形参列表和返回值的类型注解
类型注解的语法
为变量设置类型注解
基础语法: 变量: 类型
注意:
•元组类型设置类型详细注解,需要将每一个元素都标记出来
•字典类型设置类型详细注解,需要2个类型,第一个是key第二个是value
除了使用 变量: 类型, 这种语法做注解外,也可以在注释中进行类型注解。
语法:
# type: 类型
为变量设置注解,显示的变量定义,一般无需注解:
如图,就算不写注解,也明确的知晓变量的类型,一般无法直接看出变量类型之时会添加变量的类型注解
类型注解的限制
类型注解主要功能在于:
- 帮助第三方IDE工具(如PyCharm)对代码进行类型推断,协助做代码提示
- 帮助开发者自身对变量进行类型注释(备注),并不会真正的对类型做验证和判断。
也就是,类型注解仅仅是提示性的,不是决定性的
如图代码,是不会报错的哦。
函数(方法)的类型注解
函数(方法)的类型注解 - 形参注解
如图所示:
- 在编写函数(方法),使用形参data的时候,工具没有任何提示
- 在调用函数(方法),传入参数的时候,工具无法提示参数类型
这些都是因为,我们在定义函数(方法)的时候,没有给形参进行注解
函数和方法的形参类型注解语法:
函数(方法)的类型注解 - 返回值注解
同时,函数(方法)的返回值也是可以添加类型注解的。
语法如下:
Union类型
使用Union[类型, ......, 类型]
可以定义联合类型注解
- 导包:from typing import Union
- 使用:Union[类型, …, 类型]
Union联合类型注解,在变量注解、函数(方法)形参和返回值注解中,均可使用。
多态
多态,指的是:多种状态,即完成某个行为时,使用不同的对象会得到不同的状态。
如何理解?
同样的行为(函数),传入不同的对象,得到不同的状态.
多态常作用在继承关系上.
比如
- 函数(方法)形参声明接收父类对象
- 实际传入父类的子类对象进行工作
即:
- 以父类做定义声明
- 以子类做实际工作
- 用以获得同一行为, 不同状态
演示代码:
class Animal:
def speak(self):
pass
class Dog(Animal):
def speak(self):
print("汪汪汪!")
class Cat(Animal):
def speak(self):
print("喵喵喵!")
def make_noise(animal : Animal):
animal.speak()
dog = Dog()
cat = Cat()
make_noise(dog)
make_noise(cat)
演示结果:
抽象类(接口)
细心的同学可能发现了,父类Animal的speak方法,是空实现
这种设计的含义是:
- 父类用来确定有哪些方法
- 具体的方法实现,由子类自行决定
这种写法,就叫做抽象类(也可以称之为接口)
抽象类:含有抽象方法的类称之为抽象类
抽象方法:方法体是空实现的(pass)称之为抽象方法
为什么要使用抽象类呢?
提出标准后,不同的厂家各自实现标准的要求。
抽象类就好比定义一个标准,包含了一些抽象的方法,要求子类必须实现。
配合多态,完成
•抽象的父类设计(设计标准)
•具体的子类实现(实现标准)
抽象类的作用:
- 多用于做顶层设计(设计标准),以便子类做具体实现。
- 也是对子类的一种软性约束,要求子类必须复写(实现)父类的一些方法
- 并配合多态使用,获得不同的工作状态。
演示代码:
class AC:
def cool_wind(self):
pass #制冷
def hot_wind(self):
pass #制热
def swing_l_r(self):
pass #左右摆风
class Midea_AC(AC):
def cool_wind(self):
print("美的核心制冷")
def hot_wind(self):
print("美的电热丝加热")
def swing_l_r(self):
print("美的左右无感冷风")
class GREE_AC(AC):
def cool_wind(self):
print("格力省电制冷")
def hot_wind(self):
print("格力电热丝加热")
def swing_l_r(self):
print("格力静音左右摆风")
def chui_lengfeng(ac : AC):
ac.cool_wind()
gree_ac = GREE_AC()
midea_ac = Midea_AC()
chui_lengfeng(gree_ac)
chui_lengfeng(midea_ac)
输出结果:
综合案例
数据分析案例
某公司,有2份数据文件,现需要对其进行分析处理,计算每日的销售额并以柱状图表的形式进行展示。
数据内容
- 1月份数据是普通文本,使用逗号分割数据记录,从前到后分别是(日期,订单id,销售额,销售省份)
- 2月份数据是JSON数据,同样包含(日期,订单id,销售额,销售省份)
需求分析
案例参考代码
data_define.py 代码:
#数据定义的类
class Record:
def __init__(self, date, order_id, money, province):
self.date = date #订单日期
self.order_id = order_id #订单ID
self.money = money #订单金额
self.province = province #销售省份
def __str__(self):
return f"{self.date}, {self.order_id}, {self.money}, { self.province}"
file_define.py 代码:
#和文件相关的类定义
import json
from data_define import Record
#先定义一个抽象类用来做顶层设计,确定有哪些功能需要实现
class FileReader:
def read_data(self) -> list[Record]:
#读取文件的数据,读取的每一条数据都转换为Record对象,将它们都封装到list返回
pass
class TextFileReader(FileReader):
def __init__(self, path):
self.path = path #定义成员变量记录文件的路径(构造方法,用来构造要读取的数据的目录)
#复写(实现抽象方法)父类的方法
def read_data(self) -> list[Record]:
f = open(self.path, "r", encoding="UTF-8")
record_list: list[Record] = []
for line in f.readlines():
line = line.strip() #消除读取到的每一行数据中的\n
data_list = line.split(",")
record = Record(data_list[0], data_list[1], int(data_list[2]), data_list[3])
record_list.append(record)
f.close()
return record_list
class JsonFileReader(FileReader):
def __init__(self, path): #定义成员变量记录文件的路径
self.path = path
def read_data(self) -> list[Record]:
f = open(self.path, "r", encoding="UTF-8")
record_list: list[Record] = []
for line in f.readlines():
data_list = json.loads(line)#把字符串转变为python内部的数据
record = Record(data_list["date"], data_list["order_id"], data_list["money"], data_list["province"])
record_list.append(record)
f.close()
return record_list
#以下为测试,不会对程序导包时产生影响
if __name__ == '__main__':
text_file_reader = TextFileReader("F:/2011年1月销售数据.txt")
json_file_reader = JsonFileReader("F:/2011年2月销售数据JSON.txt")
l1 = text_file_reader.read_data()
l2 = json_file_reader.read_data()
for l in l2:
print(l)
main.py 代码:
#主类
#面向对象,进行数据分析
#1、设计一个类,完成数据的封装
#2、设计一个抽象类,定义文件读取的相关功能,并使用子类实现具体功能
#3、读取文件,生产数据对象
#4、进行数据需求的逻辑计算(计算好每一天的销售额)
#5、使用pyecharts进行图形绘制
from file_define import FileReader, TextFileReader, JsonFileReader
from data_define import Record
from pyecharts.charts import Bar
from pyecharts.options import *
from pyecharts.globals import ThemeType
text_file_reader = TextFileReader("F:/2011年1月销售数据.txt")
json_file_reader = JsonFileReader("F:/2011年2月销售数据JSON.txt")
jan_data: list[Record] = text_file_reader.read_data()
feb_data: list[Record] = json_file_reader.read_data()
#将两个月的数据合并为1个list
all_data = jan_data + feb_data
#开始数据计算
data_dict = {}
for record in all_data:
if record.date in data_dict.keys():
#当前日期已经有记录了,所以和老记录做累加即可
data_dict[record.date] += record.money
else:
data_dict[record.date] = record.money
#可视化图表开发
bar = Bar(init_opts=InitOpts(theme=ThemeType.LIGHT))
bar.add_xaxis(list(data_dict.keys())) #添加x轴的数据
bar.add_yaxis("销售额", list(data_dict.values()), label_opts=LabelOpts(is_show=False)) #添加y轴的数据
bar.set_global_opts(
title_opts=TitleOpts(title="每日销售额")
)
bar.render("每日销售额柱状图.html")
数据分析结果如下图: