1.11 Python面向对象编程

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2023-12-01

1.11.1 面向对象编程概述：

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.

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。
实例变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
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。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
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。

1.11.2 类和对象：

类定义:

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

实例：

#!/usr/bin/python3

# 类的定义
class MyClass:
    i = 12345
    def f(self):
        return 'hello world'

# 实例化类
x = MyClass()

# 访问类的属性和方法
print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

# 结果：
# MyClass 类的属性 i 为： 12345
# MyClass 类的方法 f 输出为： hello world

1.11.3 构造函数：

很多类都倾向于将对象创建为有初始状态的。因此类可能会定义一个名为 init() 的特殊方法（构造方法），像下面这样：

def __init__(self):
    self.data = []

类定义了 init() 方法的话，类的实例化操作会自动调用 init() 方法。所以在下例中，可以这样创建一个新的实例:

x = MyClass()

当然， init() 方法可以有参数，参数通过 init() 传递到类的实例化操作上。例如:

#!/usr/bin/python3

class Complex:
    def __init__(self, realpart, imagpart):
        self.r = realpart
        self.i = imagpart
x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r, x.i)   # 输出结果：3.0 -4.5

self代表类的实例，而非类

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别——它们必须有一个额外的第一个参数名称, 按照惯例它的名称是 self。

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)

t = Test()
t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100771878>
__main__.Test

从执行结果可以很明显的看出，self 代表的是类的实例，代表当前对象的地址，而 self.class 则指向类。
self 不是 python 关键字，我们可以换成其他变量名

1.11.4 属性和方法：

类的方法

在类地内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self, 且为第一个参数，self 代表的是类的实例。

#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

# 实例化类
p = people('runoob',10,30)
p.speak()

执行以上程序输出结果为：

runoob 说: 我 10 岁。

类属性与方法:

类的私有属性
- private_attrs：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类地外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.private_attrs。
类的方法
- 在类地内部，使用 def 关键字来定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。
- self 的名字并不是规定死的，也可以使用 this，但是最好还是按照约定是用 self。
类的私有方法
- private_method：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用，不能在类地外部调用。self.private_methods。

1.11.5 继承与重载：

Python 同样支持类的继承，如果一种语言不支持继承，类就没有什么意义。派生类的定义如下所示:

class DerivedClassName(BaseClassName1):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))



s = student('ken',10,60,3)
s.speak()


# 执行以上程序输出结果为：
# ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

多继承:

Python同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python从左至右搜索即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))

#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))

#多重继承
class sample(speaker,student):
    a =''
    def __init__(self,n,a,w,g,t):
        student.__init__(self,n,a,w,g)
        speaker.__init__(self,n,t)

test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
test.speak()   #方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法


# 执行以上程序输出结果为：
# 我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python

方法重写

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：

#!/usr/bin/python3

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print ('调用父类方法')

class Child(Parent): # 定义子类
   def myMethod(self):
      print ('调用子类方法')

c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法

# 执行以上程序输出结果为：
# 调用子类方法

1.11.6 其他：

类的专有方法：
- __init__: 构造函数，在生成对象时调用
- __del__: 析构函数，释放对象时使用
- __repr__: 打印，转换
- __setitem__ : 按照索引赋值
- __getitem__: 按照索引获取值
- __len__: 获得长度
- __cmp__: 比较运算
- __call__: 函数调用
- __add__: 加运算
- __sub__: 减运算
- __mul__: 乘运算
- __div__: 除运算
- __mod__: 求余运算
- __pow__: 乘方
运算符重载
Python同样支持运算符重载，我们可以对类的专有方法进行重载，实例如下：

#!/usr/bin/python3

class Vector:
   def __init__(self, a, b):
      self.a = a
      self.b = b

   def __str__(self):
      return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)

   def __add__(self,other):
      return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)

v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print (v1 + v2)

# 以上代码执行结果如下所示:
# Vector(7,8)