零基础学Python之面向对象

1.面向对象编程简介

（1）什么是面向对象

面向对象程序设计(Object Oriented Programming)作为一种新方法，其本质是以建立模型体现出来的抽象思维过程和面向对象的方法。模型是用来反映现实世界中事物特征的。任何一个模型都不可能反映客观事物的一切具体特征，只能对事物特征和变化规律的一种抽象，且在它所涉及的范围内更普遍、更集中、更深刻地描述客体的特征。通过建立模型而达到的抽象是人们对客体认识的深化。

Python从设计之初就已经是一门面向对象的语言，正因为如此，在Python中创建一个类和对象是很容易的。

（2）面向对象技术简介

• 类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
• 类变量： 类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
• 数据成员： 类变量或者实例变量, 用于处理类及其实例对象的相关的数据。
• 方法重写： 如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
• 局部变量： 定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 实例变量： 在类的声明中，属性是用变量来表示的。这种变量就称为实例变量，是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。
• 继承： 即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。
• 实例化： 创建一个类的实例，类的具体对象。
• 方法： 类中定义的函数。
• 对象： 通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

（3）创建类语法

class ClassName:
   '类的帮助信息'   #类文档字符串
   class_suite  #类体

# 创建一个Person类，定义函数
class Person:
    def introduce_self(self):
        print("自定义函数")

# 实例化对象
person = Person()
person.introduce_self()

# 定义类名需要使用驼峰的命名方式。
# 通过id函数证明实例化出来的两个对象都是不同的
person1 = Person()
person2 = Person()
print(id(person1))
print(id(person2))

2.类的构造函数

构造函数，是一种特殊的方法，主要用来创建对象的时候去初始化对象，即为对象成员变量附初始值。

构造函数每次实例化对象的时候，均会帮我们自动执行构造函数里的代码。

在python中，使用_init_ 作为构造函数，如果不显式写构造函数，python会自动创建一个无任何操作的默认构造函数。

class Person:
    def __init__(self):
        print("person")

person1 = Person()
person2 = Person()

# 输出：person

作为模板，在构造函数中，为必须的属性绑定对应的值。

class Person:
    def __init__(self, name, age, height):
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height

    def introduce_self(self):
        print(self.name, self.age, self.height)

# 实例化对象的时候，为属性赋值
person = Person("lixiang", 11, 11)
# 调用对象方法可以使用对象名.方法名()
person.introduce_self()

# 输出：lixiang 11 11

注意：当使用了构造函数，且构造函数式带参的且无默认参数，此时，实例化对象的时候，必须显式入参，否则会报错。若要避免错误，可以在构造函数使用默认参数。

3.类变量与实例变量

类变量： 类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。类变量在整个实例化的对象中是公用的。

实例变量： 定义在方法中的变量，用 self 绑定到实例上，只作用于当前实例的类。

访问实例变量可以使用对象名.属性，访问类变量可以使用类名.属性。

class Person:

    # 类变量
    total = 0

    def __init__(self, name, age, height):
        # 实例变量
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height

person = Person("lixiang", 11, 12)
print(person.name)
# 如果要修改实例变量的值，可以使用对象名.属性=新值的方式进行赋值
person.name = "zhangsan"
print(person.name)
print(person.total)
# 如果要修改类变量的值，可以使用类名.属性=新值的方式进行赋值
Person.total = 1
print(person.total)

# 输出：
# lixiang
# zhangsan
# 0
# 1

实例变量查找规则：先从实例变量里面找，找不到，看看类变量有没有，没有的话，去父类找，还是找不到报错。

print(person.total)之所以没有报错，就是这个原因。

在对象里面，有一个__dict__对象，存储着对象相关的属性。

print(person.__dict__)

# 输出：{'name': 'zhangsan', 'age': 11, 'height': 12}
# 以字典的形式输出，输出对象的相关属性。

同样，类也有对应的__dict__，存储着与类相关的信息。

print(Person.__dict__)

# 输出：{'__module__': '__main__', 'total': 1, '__init__': <function Person.__init__ at 0x10e7bc4a0>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Person' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Person' objects>, '__doc__': None}

除了__dict__，还有以下几个Python的内置属性。

• _doc_ :类的文档字符串
• _name_: 类名
• _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）
• _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）

4.实例方法与self关键字

实例方法： 与实例变量类似，属于实例化之后的对象，定义实例方法至少要有一个self入参，调用是不需要传，只能由实例对象调用。

self关键字： self指向实例本身，我们在实例方法中要访问实例变量，必须使用self.变量名的形式。

class Person:
    total = 0
    def __init__(self, name, age, height):
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height
    def info(self):
        print("hello,my name is %s,my age is %d and i'm %d height" % (self.name,self.age, self.height))

# 输出：hello,my name is lixiang,my age is 11 and i'm 12 height

注意：不能直接使用类名去访问实例方法。

5.类方法与静态方法

类方法： 类方法使用装饰器@classmethod。第一个参数必须是当前类对象，该参数名一般约定为“cls”（不是cls也没关系，但是，约定俗成的东西不建议变动），通过它来传递类的属性和方法（不能传实例的属性和方法）

其调用对象可以是实例对象和类。

class Person:
    total = 0
    @classmethod
    def print_detail(cls):
        cls.total = 1
        print(cls.total)
# 实例话对象的时候，使用类名，即可完成实例化
Person.print_detail()

# 输出：1 

静态方法： 使用装饰器@staticmethod。参数随意，没有“self”和“cls”参数，但是方法体中不能使用类或实例的任何属性和方法。

静态方法是类中的函数，不需要实例。静态方法主要是用来存放逻辑性的代码，逻辑上属于类，但是和类本身没有关系，也就是说在静态方法中，不会涉及到类中的属性和方法的操作。可以理解为，静态方法是个独立的、单纯的函数，它仅仅托管于某个类的名称空间中，便于使用和维护。

class Person:
    total = 0
    @staticmethod
    def print_detail():
        print("hello word")
Person.print_detail()

# 输出：hello word

6.变量方法访问限制

_foo_: 定义的是特殊方法，一般是系统定义名字 ，类似 _init_() 之类的。

_foo: 以单下划线开头的表示的是 protected 类型的变量，即保护类型只能允许其本身与子类进行访问，不能用于 from module import *。

__foo: 双下划线的表示的是私有类型(private)的变量, 只能是允许这个类本身进行访问了。

foo: 什么都不加表示公有类型(public)的变量。

class Person():
    # 构造函数，用于为成员变量赋初始值
    def __init__(self, name):
        # 属性私有化
        self.__name = name

    # 只能通过提供的set方法去进行设置值
    def set_name(self, name):
        self.name = name

    # 私有方法，只能在当前类中进行调用
    def __info(self):
        print("my name is %s" % self.name)

7.面向对象之继承

继承可以使得子类具有父类的属性和方法或者重新定义、追加属性和方法等。

Python中在定义类的时候，类名后有个括号，当括号里写着另外一个类的名字时，表示该类继承于另外一个类。

# 定义动物类
class Animal:

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def eat(self):
        print(self.name,":吃饭")
        
class Dog(Animal):
    # 子类可以有自己的属性与方法
    def  eat_bones(self):
        print(self.name,":吃骨头")

class Cat(Animal):
    pass

dog = Dog("狗")
dog.eat()
dog.eat_bones()

cat = Cat("猫")
cat.eat()

# 输出：
# 狗 :吃饭
# 狗 :吃骨头
# 猫 :吃饭

注意：子类具备父类所有的属性与功能，但是父类并不具备子类的属性与功能。

当子类有自己的构造方法时，将会覆盖父类的构造方法。

class Animal:
    def __init__(self):
        print("Animal")
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def __init__(self):
        print("Dog")
dog = Dog()

# 输出：Dog

子类可以重写父类方法，重写之后，当子类对象调用该方法时，执行的是子类中的方法实现。

class Animal:
    def __init__(self):
        print("Animal")
    def eat(self):
        print("Animal is eating")
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("Dog is eating")
dog = Dog()
dog.eat()

# 输出：Dog is eating

注意: 当且仅当子类方法与父类同名，入参相同，才可称之为重写父类的方法。

8.super的作用及其用法

super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法。一般是用来解决多重继承问题的，直接用类名调用父类方法在使用单继承的时候没问题，但是如果使用多继承，会涉及到查找顺序（MRO）、重复调用等种种问题。

语法：super(类名，self)

在python3中，可以直接使用super()而无需任何参数来调用父类。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
# Dog继承animal
class Dog(Animal):
    def __init__(self, name):
        super(Dog, self).__init__(name)
        print("Dog")
dog = Dog("Tom")
print(dog.__dict__)
print(dog.name)

# 输出：
# Dog
# {'name': 'Tom'}
# Tom

9.抽象方法与多态

抽象方法：在面向对象编程语言中抽象方法指一些只有方法声明，而没有具体方法体的方法。抽象方法一般存在于抽象类或接口中。抽象类的一个特点是它不能直接被实例化，子类要么是抽象类，要么，必须实现父类抽象类里定义的抽象方法。

在python3中可以通过使用abc模块轻松的定义抽象类。

from abc import ABCMeta, abstractmethod
# 定义抽象类时，使用metaclass=ABCMeta
class Animal(metaclass=ABCMeta):
    # 抽象方法加上@abstractmethod注解
    @abstractmethod
    def eat(self):
        pass
class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("dog is eating")
dog = Dog()
dog.eat()

注意：抽象类的子类必须实现抽象类中所定义的所有方法，否则，程序不能正确运行。会报 TypeError: Can't instantiate abstract class Dog with abstract methods run 这个错误。

多态：不同的 子类对象调用 相同的 父类方法，产生 不同的 执行结果，可以增加代码的外部 调用灵活度。

from abc import ABCMeta, abstractmethod
class Animal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def eat(self):
        pass

    @abstractmethod
    def run(self):
        pass
    def activity(self):
        self.eat()
        self.run()

class Dog(Animal):
    def eat(self):
        print("Dog is eating")
    def run(self):
        print("dog is running")

class Cat(Animal):
    def eat(self):
        print("cat is eating")
    def run(self):
        print("cat is running")
# 不同的子类对象，调用父类的activity方法，产生不同的执行结果
dog = Dog()
cat = Cat()
dog.activity()
cat.activity()
# 输出：
# Dog is eating
# dog is running
# cat is eating
# cat is running 

10.Python多继承

Python多继承会拥有所有父类的方法。

class Father:
    def power(self):
        print("大力")

class Mother:
    def sing(self):
        print("唱歌")

class Me(Father, Mother):
    pass

me = Me()
me.power()
me.sing()

# 输出：
# 大力
# 唱歌

当继承多个父类时，如果父类中有相同的方法，那么子类会优先使用最先被继承的方法。

class Father:
    def eat(self):
        print("喜欢吃红烧猪排骨")

class Mother:
    def eat(self):
        print("喜欢吃咸菜小米粥")

class Me(Father, Mother):
    pass

me = Me()
me.eat()

# 输出：喜欢吃红烧猪排骨

11.Python枚举类

（1）什么是枚举

在数学和计算机科学理论中，一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序，或者是一种特定类型对象的计数。这两种类型经常（但不总是）重叠。

定义枚举类继承Enum类。

from enum import Enum, unique
class Class(Enum):
    JAVA = 1
    PYTHON = 2
    GO = 3

def test(clazz):
    if clazz == Class.JAVA:
        print("JAVA")
    elif clazz == Class.PYTHON:
        print("PYTHON")
    else:
        print("GO")

test(Class.JAVA)

通过枚举成员获取key以及value。

# 通过枚举成员获取名字
print(Class.JAVA.name)
# 通过枚举成员获取值
print(Class.JAVA.value)

# 输出：
# JAVA
# 1

通过值获取枚举成员。

print(Class(1))

# 输出：JAVA

注意：定义枚举时，其枚举成员的名称不允许相同。