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Python3 面向对象

1995字约7分钟

2024-08-10

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

面向对象介绍

  • 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

  • 方法：类中定义的函数

  • 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，实例变量就是一个用 self 修饰的变量

  • 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

  • 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

和其它编程语言相比，Python 在尽可能不增加新的语法和语义的情况下加入了类机制

Python中的类提供了面向对象编程的所有基本功能：类的继承机制允许多个基类，派生类可以覆盖基类中的任何方法，方法中可以调用基类中的同名方法

对象可以包含任意数量和类型的数据

类定义

语法格式如下

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

类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性

类对象

类对象支持两种操作：属性引用和实例化

属性引用使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name

类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

class People:
    name = "张三"
    def say_hi(self):
        return "Hi~"

people = People()
print(f"People 类的属性 name 为：{people.name}")
print(f"People 类的方法 say_hi 输出为：{people.say_hi()}")
# People 类的属性 name 为：张三
# People 类的方法 say_hi 输出为：Hi~

self 代表类的实例

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 People:
    name = None
    def say_hi(self):
        return f"大家好呀，我是{self.name}"

people = People()
people.name = "张三"
print(people.say_hi())
# 大家好呀，我是张三

类的方法

在类的内部，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

class People:
    # 定义基本属性
    name = None
    age = None
    # 定义私有属性，类外部无法直接访问私有属性
    __score = None
    # 定义构造方法
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.__score = score
    def speak(self):
        print(f"{self.name}目前已经 {self.age} 岁了")

# 实例化类
people = People("韩梅梅", 15, 92)
people.speak()
# 韩梅梅目前已经 15 岁了

继承

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

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

子类（派生类 DerivedClassName）会继承父类（基类 BaseClassName）的属性和方法

BaseClassName（实例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):
class People:
    # 定义基本属性
    name = None
    age = None
    # 定义私有属性，类外部无法直接访问私有属性
    __score = None
    # 定义构造方法
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.__score = score
    def speak(self):
        print(f"{self.name}目前已经 {self.age} 岁了")

class Student(People):
    grade = ''
    def __init__(self, name, age, score, grade):
        # 调用父类的构造函数
        People.__init__(self, name, age, score)
        self.grade = grade
    # 覆写父类的方法
    def speak(self):
        print(f"{self.name}目前已经 {self.age} 岁了，在读 {self.grade} 年级")

# 实例化类
student = Student("韩梅梅", 15, 92, 5)
student.speak()
# 韩梅梅目前已经 15 岁了，在读 5 年级

多继承

Python 同样有限的支持多继承形式

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

class People:
    # 定义基本属性
    name = None
    age = None
    # 定义私有属性，类外部无法直接访问私有属性
    __score = None
    # 定义构造方法
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.__score = score
    def speak(self):
        print(f"{self.name}目前已经 {self.age} 岁了")

# 单继承示例
class Student(People):
    grade = ''
    def __init__(self, name, age, score, grade):
        # 调用父类的构造函数
        People.__init__(self, name, age, score)
        self.grade = grade
    # 覆写父类的方法
    def speak(self):
        print(f"{self.name}目前已经 {self.age} 岁了，在读 {self.grade} 年级")

# 演讲类
class Speaker():
    topic = None
    name = None
    def __init__(self, name, topic):
        self.name = name
        self.topic = topic
    def speak(self):
        print(f"我叫 {self.name}, 今天演讲的主题是 {self.topic}")

class Sample(Speaker, Student):
    a = ''
    def __init__(self, name, age, score, grade, topic):
        Student.__init__(self, name, age, score, grade)
        Speaker.__init__(self, name, topic)

# 实例化类
sample = Sample("韩梅梅", 15, 92, 5, "世界读书日")
sample.speak()
# 我叫 韩梅梅, 今天演讲的主题是 世界读书日

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

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

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

# 子类实例
child = Child()
child.myMethod()
# 子类方法调用
super(Child, child).myMethod()
# 父类方法调用

super() 函数是用于调用父类(超类)的一个方法

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，不能在类的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

在类的内部，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使用 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 ，不能在类的外部调用。self.__private_methods

实例

类的私有属性

class Student:
    __score = 0 # 私有变量
    age = 0     # 公开变量

    def count(self):
        self.__score += 1
        self.age += 1
        print(f"私有变量：{self.__score}")

student = Student()
student.count()
print(student.age)
print(student.__score)  # 报错，实例不能访问私有变量

执行结果

私有变量：1
1
Traceback (most recent call last):
  File "D:\project\py\base\11_面向对象\02_成员方法.py", line 13, in <module>
    print(student.__score)
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__score'

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

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

    def __str__(self):
        return f"Vector {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)
# Vector 7, 8