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2019-05-28 面向对象编程

2019-05-28 面向对象编程

作者: 沙滩印 | 来源:发表于2019-05-28 10:18 被阅读0次

    以Student类为例,在Python中,定义类是通过class关键字:

    class Student(object):
        pass
    

    class后面紧接着是类名,即Student,类名通常是大写开头的单词,紧接着是(object),表示该类是从哪个类继承下来的,继承的概念我们后面再讲,通常,如果没有合适的继承类,就使用object类,这是所有类最终都会继承的类。
    由于类可以起到模板的作用,因此,可以在创建实例的时候,把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的__init__方法,在创建实例的时候,就把name,score等属性绑上去:

    class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
    self.name = name
    self.score = score
    注意:特殊方法“__init__”前后分别有两个下划线!!!
    注意到__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在__init__方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。

    有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了,必须传入与__init__方法匹配的参数,但self不需要传,Python解释器自己会把实例变量传进去:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.name
    'Bart Simpson'
    >>> bart.score
    59
    

    和静态语言不同,Python允许对实例变量绑定任何数据,也就是说,对于两个实例变量,虽然它们都是同一个类的不同实例,但拥有的变量名称都可能不同:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
    >>> bart.age = 8
    >>> bart.age
    8
    >>> lisa.age
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'
    

    从前面Student类的定义来看,外部代码还是可以自由地修改一个实例的name、score属性:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.score
    59
    >>> bart.score = 99
    >>> bart.score
    99
    

    如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线__,在Python中,实例的变量名如果以__开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问,所以,我们把Student类改一改:

    class Student(object):
        def __init__(self, name, score):
            self.__name = name
            self.__score = score
    
        def print_score(self):
            print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))
    

    改完后,对于外部代码来说,没什么变动,但是已经无法从外部访问实例变量.__name实例变量.__score了:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.__name
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'
    

    这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态,这样通过访问限制的保护,代码更加健壮。
    需要注意的是,在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量是可以直接访问的,不是private变量,所以,不能用__name____score__这样的变量名。
    有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_name,这样的实例变量外部是可以访问的,但是,按照约定俗成的规定,当你看到这样的变量时,意思就是,“虽然我可以被访问,但是,请把我视为私有变量,不要随意访问”。

    双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢?其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name,所以,仍然可以通过_Student__name来访问__name变量:

    >>> bart._Student__name
    'Bart Simpson'
    

    但是强烈建议你不要这么干,因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。
    最后注意下面的这种错误写法:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> bart.get_name()
    'Bart Simpson'
    >>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量!
    >>> bart.__name
    'New Name'
    

    表面上看,外部代码“成功”地设置了__name变量,但实际上这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量!内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_Student__name,而外部代码给bart新增了一个__name变量。不信试试:

    >>> bart.get_name() # get_name()内部返回self.__name
    'Bart Simpson'
    

    静态语言 vs 动态语言

    对于静态语言(例如Java)来说,如果需要传入Animal类型,则传入的对象必须是Animal类型或者它的子类,否则,将无法调用run()方法。
    对于Python这样的动态语言来说,则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了:

    class Timer(object):
        def run(self):
            print('Start...')
    

    这就是动态语言的“鸭子类型”,它并不要求严格的继承体系,一个对象只要“看起来像鸭子,走起路来像鸭子”,那它就可以被看做是鸭子。
    Python的“file-like object“就是一种鸭子类型。对真正的文件对象,它有一个read()方法,返回其内容。但是,许多对象,只要有read()方法,都被视为“file-like object“。许多函数接收的参数就是“file-like object“,你不一定要传入真正的文件对象,完全可以传入任何实现了read()方法的对象。

    获取对象信息

    基本类型都可以用type()判断:

    >>> type(123)
    <class 'int'>
    >>> type('str')
    <class 'str'>
    >>> type(None)
    <type(None) 'NoneType'>
    

    如果一个变量指向函数或者类,也可以用type()判断:

    >>> type(abs)
    <class 'builtin_function_or_method'>
    >>> type(a)
    <class '__main__.Animal'>
    

    判断基本数据类型可以直接写int,str等,但如果要判断一个对象是否是函数怎么办?可以使用types模块中定义的常量:

    >>> import types
    >>> def fn():
    ...     pass
    ...
    >>> type(fn)==types.FunctionType
    True
    >>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
    True
    >>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
    True
    >>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
    True
    

    使用isinstance()
    对于class的继承关系来说,使用type()就很不方便。我们要判断class的类型,可以使用isinstance()函数。
    如果继承关系是:object -> Animal -> Dog -> Husky
    那么,isinstance()就可以告诉我们,一个对象是否是某种类型。先创建3种类型的对象:

    >>> a = Animal()
    >>> d = Dog()
    >>> h = Husky()
    

    然后,判断:

    >>> isinstance(h, Husky)
    True
    

    没有问题,因为h变量指向的就是Husky对象。
    再判断:

    >>> isinstance(h, Dog)
    True
    

    h虽然自身是Husky类型,但由于Husky是从Dog继承下来的,所以,h也还是Dog类型。换句话说,isinstance()判断的是一个对象是否是该类型本身,或者位于该类型的父继承链上。
    因此,我们可以确信,h还是Animal类型:

    >>> isinstance(h, Animal)
    True
    

    能用type()判断的基本类型也可以用isinstance()判断:

    >>> isinstance('a', str)
    True
    >>> isinstance(123, int)
    True
    >>> isinstance(b'a', bytes)
    True
    

    并且还可以判断一个变量是否是某些类型中的一种,比如下面的代码就可以判断是否是list或者tuple:

    >>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
    True
    >>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
    True
    

    总是优先使用isinstance()判断类型,可以将指定类型及其子类“一网打尽”。
    如果要获得一个对象的所有属性和方法,可以使用dir()函数,它返回一个包含字符串的list,比如,获得一个str对象的所有属性和方法:

    >>> dir('ABC')
    ['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']
    

    类似__xxx__的属性和方法在Python中都是有特殊用途的,比如__len__方法返回长度。在Python中,如果你调用len()函数试图获取一个对象的长度,实际上,在len()函数内部,它自动去调用该对象的__len__()方法,所以,下面的代码是等价的:

    >>> len('ABC')
    3
    >>> 'ABC'.__len__()
    3
    

    我们自己写的类,如果也想用len(myObj)的话,就自己写一个__len__()方法:

    >>> class MyDog(object):
    ...     def __len__(self):
    ...         return 100
    ...
    >>> dog = MyDog()
    >>> len(dog)
    100
    

    实例属性和类属性

    当我们定义了一个类属性后,这个属性虽然归类所有,但类的所有实例都可以访问到。来测试一下:

    >>> class Student(object):
    ...     name = 'Student'
    ...
    >>> s = Student() # 创建实例s
    >>> print(s.name) # 打印name属性,因为实例并没有name属性,所以会继续查找class的name属性
    Student
    >>> print(Student.name) # 打印类的name属性
    Student
    >>> s.name = 'Michael' # 给实例绑定name属性
    >>> print(s.name) # 由于实例属性优先级比类属性高,因此,它会屏蔽掉类的name属性
    Michael
    >>> print(Student.name) # 但是类属性并未消失,用Student.name仍然可以访问
    Student
    >>> del s.name # 如果删除实例的name属性
    >>> print(s.name) # 再次调用s.name,由于实例的name属性没有找到,类的name属性就显示出来了
    Student
    

    从上面的例子可以看出,在编写程序的时候,千万不要对实例属性和类属性使用相同的名字,因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性,但是当你删除实例属性后,再使用相同的名称,访问到的将是类属性。

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