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python面向对象完全梳理

python面向对象完全梳理

作者: landscape_f117 | 来源:发表于2020-05-28 18:45 被阅读0次

    前言

    python面向对象和Java有不少区别,加之两个大版本2和3又有区别,所以很容易造成困惑,本篇文章来针对这些容易搞混的概念进行一个全面的梳理。内容主要来自官网文档的整理,放心食用。

    类型(type)、类 (class)、对象(object)

    对象 Object

    python中一切都是对象(object)。为什么这么说呢,从逻辑上来讲,所有的东西首先他得是个‘东西’,从python的实现来讲因为所有东西都是object这个类的实例。object是一个特殊的最原始(primitive)的内置类型。(注意这是python2.2之后达到的效果,后文会讲。)

    类型 type

    所有的对象都有id、类型、数值(value)这三个属性。也就是说type是对象的一个属性。type属性决定了对象支持的操作以及可能的取值。
    python的标准类型包括:
    None、NotImplemeted、Ellipsis、Sequences、Set、Callable、Mappings、Modules、ClassesClass instances、Files 以及解释器使用的内部类型包括Code对象、Frame对象、Traceback对象等。具体参考https://docs.python.org/3.7/reference/datamodel.html#objects-values-and-types

    除了内置的type,Python还有很多内置函数。type()就是其一。type(x) 返回x的type属性值。那type自己也是一个对象,他的属性是啥呢,还是type。因为type是最原始(primitive)的类型。

    类 class

    class也是一个对象。这和Java是一致的。只不过这个对象有他的特殊性:class同时也是一种内置类型,且是一种callable的类型。通过调用class的__call__()方法和得到该类的实例对象。class是制造object的一种特殊object。在python2.2之后用户定义的class 就是一个type,是元初type的实例

    object和type的关系:

    object和type是python里最原始的两个东西。可以看成是开天辟地的存在。

    在面向对象体系里面,存在两种关系:

    • 父子关系,即继承关系,表现为子类继承于父类,如『蛇』类继承自『爬行动物』类,我们说『蛇是一种爬行动物』,英文说『snake is a kind of reptile』。在python里要查看一个类型的父类,使用它的__bases__属性可以查看。

    • 类型实例关系,表现为某个类型的实例化,例如『萌萌是一条蛇』,英文说『萌萌 is an instance of snake』。在python里要查看一个实例的类型,可使用type()函数查看。

    从逻辑上来讲 type的基类是object,而object的类型是type,是个先有鸡还是先有蛋的问题。先有object还是先有type没法说,obejct和type是共生的关系,必须同时出现的。

    在Python的世界中,object是父子关系的顶端,所有的数据类型的父类都是它;type是类型实例关系的顶端,所有对象都是它的实例的。它们两个的关系可以这样描述:

    • object是一个type,object is and instance of type。即object是type的一个实例。
    • type是一种object, type is kind of object。即type是object的子类。
    image.png

    这里推荐看这个知乎回答 https://www.zhihu.com/question/38791962/answer/78172929
    是对python官网推荐文章types and objects的整理。英文原文Python Types and Objects

    PS:

    这里我看了一下源码:

    class object:
    ...
       __class__ = None # (!) forward: type, real value is ''
    ...
    

    object的class在代码里是None,然后注释说其实是type,应该是cpython实现的时候改了。所以硬要说先有谁的话,应该是先有object。

    定义type的时候就是直接继承自object:

    class type(object):
        """
        type(object) -> the object's type
        type(name, bases, dict) -> a new type
        """
        def mro(self): # real signature unknown; restored from __doc__
            """
            mro() -> list
            return a type's method resolution order
            """
       ...
    

    None的定义是, 可以看到他的类型也是底层实现改了。

    None = object() # real value of type <type 'NoneType'> replaced
    

    看一下实际输出:

    print (type(object))
    <class 'type'>
    print (type(type))
    <class 'type'>
    print (type.__bases__)
    (<class 'object'>,)
    print (object.__bases__)
    ()
    

    有时间了解一下cpython也许能了解的更彻底些。

    新式类和旧式类

    在python中class分两种,新式类(new-style class)和旧式类(classic class)。

    在python2.1及之前的版本中只有旧式类,class和type是两套体系。考虑一个用户的定义的对象x,x.__class__返回他的类,type(x)返回他的类型 ,是个固定值 ‘<type 'instance'>’。也就是说旧式类的实例化和他的类没有关系,都是通过内置的Instance类型实现的。

    这和内置对象是不同的,int对象的类型就是int,同时int()返回的也是int类型的对象,内置对象和自定义对象不同就对代码统一实现带来很大困难。

    比如说有段代码输入一个对象,返回一个默认构造的同类型对象,本来应该写作type(obj)(),现在就必须写成:obj.class() if hasattr(obj, 'class') else type(obj)()。如果想用自定义的类去替代一些系统内置类型,比如说自定义一个dictionary,这样的不一致就会出问题。

    Python在Python 2.2中引入了新式类,统一了类和类型的概念。新式类就是用户定义的类型。如果x是一个新式类的实例,那么type(x)默认情况下与x.__class__相同。

    新式类之后自定义类和内置类型就一致了:

    1. 所有类型的类型都是type
    2. 所有类型调用的结果都是构造,返回这个类型的实例
    3. 所有类型都是object的子类

    这样就不再需要区分自定义类和类型了。也就是前文说的,用户定义的class就是一个type的实例。

    Python2 和 Python3 中面向对象的区别

    在python2中,出于兼容性考虑,所有的类默认仍然是旧式类,声明新式类的方法是显示的继承一个新式类:object
    python3中,旧式类被移除了,所有的类都是新式类。所以声明类的时候不需要显示的继承object了,默认就是继承object的。

    元类 metaclass

    元类(metaclass)是Python 2.2中引入的概念,它的作用是定制类的创建行为。type是默认的元类。

    默认情况下,class是由type()函数创建,创建时会为class中的代码定义新的命名空间并将函数名同type(name, bases, namespace)的结果进行绑定。

    在创建类时,通过传入metaclass这个参数,或者继承一个有这个参数的类 ,可以改变类的创建过程。

    class Meta(type):
        pass
    
    class MyClass(metaclass=Meta):
        pass
    
    class MySubclass(MyClass):
        pass
    

    看个例子,这个metaclass可以给我们自定义的MyList增加一个add方法:

    定义ListMetaclass,按照默认习惯,metaclass的类名总是以Metaclass结尾,以便清楚地表示这是一个metaclass:

    # metaclass是类的模板,所以必须从`type`类型派生:
    class ListMetaclass(type):
        def __new__(cls, name, bases, attrs):
            attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)
            return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
    

    有了ListMetaclass,我们在定义类的时候还要指示使用ListMetaclass来定制类,传入关键字参数metaclass:

    class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):
        pass
    

    当我们传入关键字参数metaclass时,魔术就生效了,它指示Python解释器在创建MyList时,要通过ListMetaclass.new()来创建,在此,我们可以修改类的定义,比如,加上新的方法,然后,返回修改后的定义。

    __new__()方法接收到的参数依次是:

    • 当前准备创建的类的对象;

    • 类的名字;

    • 类继承的父类集合;

    • 类的方法集合。

    测试一下MyList是否可以调用add()方法:

    >>> L = MyList()
    >>> L.add(1)
    >> L
    [1]
    

    而普通的list没有add()方法:

    >>> L2 = list()
    >>> L2.add(1)
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'list' object has no attribute 'add'
    

    (注意,百分之99的工程中不会用到自定义元类,除非你对元类非常理解)

    参考

    Python新式类,统一了类型机制的理解?
    Python 的 type 和 object 之间是怎么一种关系?
    https://docs.python.org/3.7/reference/datamodel.html#objects-values-and-types
    https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017592449371072

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