面向对象编程（1）

1.如何在一个类中定义一些常量，每个对象都可以方便访问这些常量而不用重新构造？
2.如果一个函数不涉及到访问修改这个类的属性，而放到类外面有点不恰当，怎么做才能更优雅呢？
3.既然类是一群相似的对象的集合，那么可不可以是一群相似的类的集合呢？

class Document():
    
    WELCOME_STR = 'Welcome! The context for this book is {}.'
    
    def __init__(self, title, author, context):
        print('init function called')
        self.title = title
        self.author = author
        self.__context = context
    
    # 类函数
    @classmethod
    def create_empty_book(cls, title, author):
        return cls(title=title, author=author, context='nothing')
    
    # 成员函数
    def get_context_length(self):
        return len(self.__context)
    
    # 静态函数
    @staticmethod
    def get_welcome(context):
        return Document.WELCOME_STR.format(context)


empty_book = Document.create_empty_book('What Every Man Thinks About Apart from Sex', 'Professor Sheridan Simove')


print(empty_book.get_context_length())
print(empty_book.get_welcome('indeed nothing'))

########## 输出 ##########

init function called
7
Welcome! The context for this book is indeed nothing.

类：定义：类，一群有着相同属性和函数的对象的集合。
一群有着相似性的事物的集合，这里对应 Python 的 class。
对象：集合中的一个事物，这里对应由 class 生成的某一个 object，比如代码中的 harry_potter_book。
属性：对象的某个静态特征，比如上述代码中的 title、author 和 __context。
函数：对象的某个动态能力，比如上述代码中的 intercept_context () 函数。

第一个问题，在 Python的类里，你只需要和函数并列地声明并赋值，就可以实现这一点，例如这段代码中的WELCOME_STR。一种很常规的做法，是用全大写来表示常量，因此我们可以在类中使用 self.WELCOME_STR，或者在类外使用Entity.WELCOME_STR ，来表达这个字符串。

而针对第二个问题，我们提出了类函数、成员函数和静态函数三个概念。它们其实很好理解，前两者产生的影响是动态的，能够访问或者修改对象的属性；而静态函数则与类没有什么关联，最明显的特征便是，静态函数的第一个参数没有任何特殊性。

具体来看这几种函数。一般而言，静态函数可以用来做一些简单独立的任务，既方便测试，也能优化代码结构。静态函数还可以通过在函数前一行加上 @staticmethod 来表示，代码中也有相应的示例。这其实使用了装饰器的概念，我们会在后面的章节中详细讲解。

而类函数的第一个参数一般为 cls，表示必须传一个类进来。类函数最常用的功能是实现不同的 init 构造函数，比如上文代码中，我们使用 create_empty_book 类函数，来创造新的书籍对象，其 context 一定为 'nothing'。这样的代码，就比你直接构造要清晰一些。类似的，类函数需要装饰器@classmethod 来声明。

成员函数则是我们最正常的类的函数，它不需要任何装饰器声明，第一个参数 self 代表当前对象的引用，可以通过此函数，来实现想要的查询 / 修改类的属性等功能。

问题三类的继承：
指的是一个类既拥有另一个类的特征，也拥有不同于另一个类的独特特征。在这里的第一个类叫做子类，另一个叫做父类，特征其实就是类的属性和函数。

class Entity():
    def __init__(self, object_type):
        print('parent class init called')
        self.object_type = object_type
    
    def get_context_length(self):
        raise Exception('get_context_length not implemented')
    
    def print_title(self):
        print(self.title)

class Document(Entity):
    def __init__(self, title, author, context):
        print('Document class init called')
        Entity.__init__(self, 'document')
        self.title = title
        self.author = author
        self.__context = context
    
    def get_context_length(self):
        return len(self.__context)
    
class Video(Entity):
    def __init__(self, title, author, video_length):
        print('Video class init called')
        Entity.__init__(self, 'video')
        self.title = title
        self.author = author
        self.__video_length = video_length
    
    def get_context_length(self):
        return self.__video_length

harry_potter_book = Document('Harry Potter(Book)', 'J. K. Rowling', '... Forever Do not believe any thing is capable of thinking independently ...')
harry_potter_movie = Video('Harry Potter(Movie)', 'J. K. Rowling', 120)

print(harry_potter_book.object_type)
print(harry_potter_movie.object_type)

harry_potter_book.print_title()
harry_potter_movie.print_title()

print(harry_potter_book.get_context_length())
print(harry_potter_movie.get_context_length())

########## 输出 ##########

Document class init called
parent class init called
Video class init called
parent class init called
document
video
Harry Potter(Book)
Harry Potter(Movie)
77
120

这段代码中，Document 和 Video 它们有相似的地方，都有相应的标题、作者和内容等属性。我们可以从中抽象出一个叫做 Entity 的类，来作为它俩的父类。

首先需要注意的是构造函数。每个类都有构造函数，继承类在生成对象的时候，是不会自动调用父类的构造函数的，因此你必须在 init() 函数中显式调用父类的构造函数。它们的执行顺序是 子类的构造函数 -> 父类的构造函数。

其次需要注意父类get_context_length() 函数。如果使用 Entity直接生成对象，调用 get_context_length() 函数，就会 raise error 中断程序的执行。这其实是一种很好的写法，叫做函数重写，可以使子类必须重新写一遍 get_context_length() 函数，来覆盖掉原有函数。

最后需要注意到 print_title() 函数，这个函数定义在父类中，但是子类的对象可以毫无阻力地使用它来打印 title，这也就体现了继承的优势：减少重复的代码，降低系统的熵值（即复杂度）。

抽象函数和抽象类

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Entity(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def get_title(self):
        pass

    @abstractmethod
    def set_title(self, title):
        pass

class Document(Entity):
    def get_title(self):
        return self.title
    
    def set_title(self, title):
        self.title = title

document = Document()
document.set_title('Harry Potter')
print(document.get_title())

entity = Entity()

########## 输出 ##########

Harry Potter

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-7-266b2aa47bad> in <module>()
     21 print(document.get_title())
     22 
---> 23 entity = Entity()
     24 entity.set_title('Test')

TypeError: Can't instantiate abstract class Entity with abstract methods get_title, set_title

Entity 本身是没有什么用的，只需拿来定义 Document 和 Video 的一些基本元素就够了。不过，万一你不小心生成 Entity 的对象该怎么办呢？为了防止这样的手误，必须要介绍一下抽象类。

抽象类是一种特殊的类，它生下来就是作为父类存在的，一旦对象化就会报错。同样，抽象函数定义在抽象类之中，子类必须重写该函数才能使用。相应的抽象函数，则是使用装饰器 @abstractmethod来表示。

我们可以看到，代码中entity = Entity()直接报错，只有通过 Document 继承 Entity 才能正常使用。

构造函数的执行顺序很好确定，即子类 -> 父类 -> 爷类 ->… 的链式关系。不过，多重继承的时候呢？下面这个叫做菱形继承，BC 继承了 A，然后 D 继承了 BC，创造一个D的对象。那么，构造函数调用顺序又是怎样的呢？

 --->B---
A-      -->D
 --->C---

解答

class A():
    def __init__(self):
        print('enter A')
        print('leave A')

class B(A):
    def __init__(self):
        print('enter B')
        super().__init__()
        print('leave B')

class C(A):
    def __init__(self):
        print('enter C')
        super().__init__()
        print('leave C')

class D(B, C):
    def __init__(self):
        print('enter D')
        super().__init__()
        print('leave D')

D()

enter D
enter B
enter C
enter A
leave A
leave C
leave B
leave D