第十五章：类和对象
目前你已经知道如何使用函数来组织你的代码，同时用内置的类型来管理数据。 下一步我们将学习“面向对象编程”，即使用 程序员定义的类来组织代码和数据。 面向对象编程是一个很大的话题，讲完需要一些章节。
本章的示例代码可以在http://thinkpython2.com/code/Point1.py 获取； 练习题的答案可以在http://thinkpython2.com/code/Point1_soln.py 获取。
程序员自定义类型
我们已经使用过了许多 Python 的内置类型； 现在我们要定义一个新类型。举个例子，我们来创建一个叫做 Point 的类型，代表二维空间中的一个点。
在数学记法中，点通常被写成在两个小括号中用一个逗号分隔坐标的形式。 例如(0,0)代表原点，(x,y)代表原点向右 x 个单位，向上 y 个单位的点。
在 Python 中，有几种表示点的方法：
- 我们可以将坐标存储在两个独立的变量，x和y中。
- 我们可以将坐标作为一个列表或者元组的元素存储。
- 我们可以创建一个新类型将点表示为对象。
创建一个新类型比其他方法更复杂，但是它的优势一会儿会显现出来。
程序员自定义类型( A programmer-defined type )也被称作类（class）。 像这样定义一个对象：
class Point:
"""Represents a point in 2-D space."""
头部语句表明新类的名称是 Point 。 主体部分是文档字符串，用来解释这个类的用途。 你可以在一个类的定义中定义变量和函数，稍后会讨论这个。
定义一个叫做 Point 的类将创建了一个类对象（class object）。
>>> Point <class '__main__.Point'>
由于 Point 是定义在顶层的，所以它的“全名”是__main__.Point。
类对象就像是一个用来创建对象的工厂。 要创建一个点，你可以像调用函数那样调用 Point 。
>>> blank = Point() >>> blank <__main__.Point object at 0xb7e9d3ac>
返回值是一个 Point 对象的引用，我们将它赋值给 blank 。
创建一个新对象的过程叫做实例化（instantiation），这个新对象叫做这个类的一个实例（instance）。
当你试图打印一个实例，Python 会告诉你它属于哪个类， 以及它在内存中的存储地址（前缀0x代表紧跟后面的数是以十六进制表示的）。
每一个对象都是某种类的实例，所以对象和实例可以互换。但是在这章我用“实例”来表示我在讨论程序员自定义类型。
属性
你可以使用点标记法向一个实例进行赋值操作：
>>> blank.x = 3.0 >>> blank.y = 4.0
这个语法类似于从一个模块中使用变量的语法，比如 math.pi 和 string.whitespace 。 不过在这个例子中，我们是给一个类中已命名的元素赋值。 这类元素叫做属性（attributes）。
作为名词的时候，“属性”的英文“AT-trib-ute”的重音在第一个音节上， 作为动词的时候，“a-TRIB-ute”重音在第二个音节上。
下面这张图展示了这些赋值操作的结果。说明一个对象及其属性的状态图叫做对象图（object diagram）；见图图15-1：对象图。
图15-1：对象图
变量 blank 引用了一个 Point 类，这个类拥有了两个属性。 每个属性都引用了一个浮点数。
你可以使用相同的语法读取一个属性的值：
>>> blank.y 4.0 >>> x = blank.x >>> x 3.0
表达式 blank.x 的意思是，“前往 blank 所引用的对象并且获取 x 的值”。 在这个例子中，我们将获取到的值赋值给了一个叫做 x 的变量。 变量 x 和属性 x 并不会冲突。
你可以在任何表达式中使用点标记法。例如：
>>> '(%g, %g)' % (blank.x, blank.y) '(3.0, 4.0)' >>> distance = math.sqrt(blank.x**2 + blank.y**2) >>> distance 5.0
你可以将一个实例作为参数传递。 例如：
def print_point(p):
print('(%g, %g)' % (p.x, p.y))
print_point接受一个点作为参数，打印出其在数学中的表示方法。 调用它的时候，你可以将 blank 作为参数传递：
>>> print_point(blank) (3.0, 4.0)
在这个函数内部，p 是 blank 的别名， 所以，如果函数修改了 p ，blank 也会随之改变。
我们做个联系，编写一个叫做distance_between_points的函数，它接受两个 Point 作为参数，然后返回这两个点之间的距离。
矩形
有时候，一个对象该拥有哪些属性是显而易见的，但有时候你需要好好考虑一番。 比如，你需要设计一个代表矩形的类。 为了描述一个矩形的位置和大小，你需要设计哪些属性呢？ 角度是可以忽略的；为了使事情更简单，我们假设矩形是水平或者竖直的。
至少有两种可能的设计：
- 你可以指定矩形的一个角（或是中心）、宽度以及长度。
- 你可以指定对角线上的两个角。
这个时候还不能够说明哪个方法优于哪个方法。我们先来实现前者。
下面是类的定义：
class Rectangle:
"""Represents a rectangle.
attributes: width, height, corner.
"""
文档字符串中列出了属性：width 和 height 是数字； corner是一个 Point 对象，代表左下角的那个点。
为了描述一个矩形，你需要实例化一个 Rectangle 对象，并且为它的属性赋值：
box = Rectangle() box.width = 100.0 box.height = 200.0 box.corner = Point() box.corner.x = 0.0 box.corner.y = 0.0
表达式 box.corner.x 的意思是， “前往 box 所引用的对象，找到叫做 corner 的属性； 然后前往 corner 所引用的对象，找到叫做 x 的属性。”
图15-2：对象图
图15-2：对象图展示了这个对象的状态。 一个对象作为另一个对象的属性叫做嵌套（embedded）。
实例作为返回值
函数可以返回实例。例如，find_center接受一个 Rectangle 作为参数， 返回一个 Point ，代表了这个 Rectangle 的中心坐标：
def find_center(rect):
p = Point()
p.x = rect.corner.x + rect.width/2
p.y = rect.corner.y + rect.height/2
return p
下面这个例子将 box 作为参数传递，然后将返回的 Point 赋值给 center：
>>> center = find_center(box) >>> print_point(center) (50, 100)
对象是可变的
你可以通过给一个对象的属性赋值来改变这个对象的状态。 例如，要改变一个矩形的大小而不改变它的位置，你可以修改 width 和 height 的值：
box.width = box.width + 50 box.height = box.height + 100
你也可以编写函数来修改对象。 例如，grow_rectangle接受一个 Rectangle 对象和两个数字， dwidth和 dheight ，并将其加到矩形的宽度和高度上：
def grow_rectangle(rect, dwidth, dheight):
rect.width += dwidth
rect.height += dheight
下面的例子展示了具体效果：
>>> box.width, box.height (150.0, 300.0) >>> grow_rectangle(box, 50, 100) >>> box.width, box.height (200.0, 400.0)
在函数内部，rect 是 box 的一个别名， 所以如果函数修改了 rect ，则 box 也随之改变。
我们做个练习，编写一个叫做move_rectangle的函数，接受一个 Rectangle 以及两个数字dx和dy。 它把 corner 的 x 坐标加上 dx，把 corner 的 y 坐标加上 dy ， 从而改变矩形的位置。
复制
别名会降低程序的可读性，因为一个地方的变动可能对另一个地方造成预料之外的影响。 跟踪所有引用同一个对象的变量是非常困难的。
通常用复制对象的方法取代为对象起别名。 copy模块拥有一个叫做 copy 的函数，可以复制任何对象：
>>> p1 = Point() >>> p1.x = 3.0 >>> p1.y = 4.0 >>> import copy >>> p2 = copy.copy(p1)
p1和 p2 拥有相同的数据，但是它们并不是同一个 Point 对象。
>>> print_point(p1) (3, 4) >>> print_point(p2) (3, 4) >>> p1 is p2 False >>> p1 == p2 False
正如我们预期的，is 运算符显示了 p1 和 p2 并非同一个对象。 不过你可能会认为 == 运算的结果应该是 True ，因为这两个点的数据是相同的。 然而结果并不如你想象的那样，== 运算符的默认行为和 is 运算符相同； 它检查对象的标识（identity）是否相同，而非对象的值是否相同。 因为 Python 并不知道什么样可以被认为相同。至少目前不知道。
如果你使用 copy.copy 来复制一个 Rectangle ， 你会发现它仅仅复制了 Rectangle 对象，但没有复制嵌套的 Point 对象。
>>> box2 = copy.copy(box) >>> box2 is box False >>> box2.corner is box.corner True
图15-3：对象图
图15-3：对象图展示了相应的对象图。 这个操作叫做浅复制（shallow copy），因为它仅复制了对象以及其包含的引用， 但未复制嵌套的对象。
对大多数应用来说，这并非是你想要的结果。 在这个例子中，对其中一个 Rectangle 对象调用grow_rectangle并不会影响到另外一个， 然而当对任何一个 Rectangle 对象调用move_rectangle的时候，两者都会被影响！这个行为很容易带来疑惑和错误。
幸运的是，copy 模块拥有一个叫做 deepcopy 的方法， 它不仅可以复制一个对象，还可以复制这个对象所引用的对象， 甚至可以复制这个对象所引用的对象所引用的对象，等等。 没错！这个操作叫做深复制（deep copy）。
>>> box3 = copy.deepcopy(box) >>> box3 is box False >>> box3.corner is box.corner False
box3和 box 是完全互不相干的对象。
我们做个练习，编写另一个版本的move_rectangle， 函数创建并返回一个新的 Rectangle 对象而非修改原先的那个。
调试
当你开始学习对象的时候，你可能会遇到一些新的异常。 如果你访问一个不存在的属性，你会得到 Attributeerror 的错误提示：
>>> p = Point() >>> p.x = 3 >>> p.y = 4 >>> p.z AttributeError: Point instance has no attribute 'z'
如果你不确定一个对象的类型，你可以询问：
>>> type(p) <class '__main__.Point'>
你也可以用 isinstance 来检查某个对象是不是某个类的实例。
>>> isinstance(p, Point) True
如果你不确定一个对象是否拥有某个属性， 你可以使用内置函数 hasattr 检查：
>>> hasattr(p, 'x') True >>> hasattr(p, 'z') False
第一个参数可以是任何对象； 第二个参数是一个字符串，代表了某个属性的名字。
你也可以使用 try 语句来检查某个对象是不是有你需要的属性:
try:
x = p.x
except AttributeError:
x = 0
这个方法可以让你更容易编写出可以适应多种数据结构的函数。你可以在[polymorphism]节查看更多内容。
术语表
类（class）:
一种程序员自定义的类型。类定义创建了一个新的类对象。
类对象（class object）:
包含程序员自定义类型的细节信息的对象。类对象可以被用于创建该类型的实例。
实例（instance）:
属于某个类的对象。
实例化（instantiate）:
创建新的对象。
属性（attribute）:
和某个对象相关联的有命名的值。
嵌套对象（embedded object）:
作为另一个对象的属性存储的对象。
浅复制（shallow copy）:
在复制对象内容的时候，只包含嵌套对象的引用，通过copy模块的copy函数实现。
深复制（deep copy）:
在复制对象内容的时候，既复制对象属性，也复制所有嵌套对象及其中的所有嵌套对象，由copy模块的deepcopy函数实现。
对象图（object diagram）:
展示对象及其属性和属性值的图。
练习题
习题 15-1
定义一个叫做 Circle 的类，类的属性是圆心(center) 和半径(radius),其中，圆心(center) 是一个 Point 类，而半径(radius)是一个数字。
实例化一个圆心(center)为(150, 100)，半径(radius)为 75 的 Circle 对象。
习题 15-2
编写一个名称为 point_in_circle 的函数，该函数可以接受一个圆类(Circle)对象和点类 (Point)对象，然后判断该点是否在圆内。在圆内则返回 True 。
习题 15-3
编写一个名称为 rect_in_circle 的函数，该函数接受一个圆类(Circle)对象和矩形(Rectangle)对象，如果该矩形是否完全在圆内或者在圆上则返回 True 。
习题 15-4
编写一个名为 rect_circle_overlap 函数，该函数接受一个圆类对象和一个矩形类对象，如果矩形有任意一个角落在圆内则返回 True 。或者写一个更具有挑战性的版本，如果该矩形有任何部分落在圆内返回 True 。
答案:http://thinkpython2.com/code/Circle.py.
习题 15-5
编写一个名为 draw_rect 的函数，该函数接受一个 Turtle 对象和一个 Rectangle 对象，使用 Turtle 画出该矩形。参考[turtlechap]章中使用 Turtle 的示例。
习题 15-6
编写一个名为 draw_circle 的函数，该函数接受一个 Turtle 对象和 Circle 对象，并画出该圆。
答案:http://thinkpython2.com/code/draw.py.