Python黑帽编程2.9 面向对象编程

Python黑帽编程2.9 面向对象编程

我个人认为,计算机语言的发展,有两个方向,一个是从低到高的发展过程,在这个过程中,语言的思考和解决问题的方式是面向硬件的。硬件本质上处理的是信号,在此基础上,我们给硬件赋予了一定的“逻辑思维”能力,为了方便硬件帮我们做事,抽象出了指令的概念,进而出现了汇编语言,然后有了Pascal和C这样的标准的结构化语言。语言一路向上发展,都是根植于指令的,根植于指令就意味着流程和数据代表了一切,数据的变化成为我们表达和抽象这个世界的根本。不可否认,宇宙间的一切,都是在不停的变化中,然而命运有数,变化有法,越是着眼于变化,我们越难逃脱宿命。

在冯诺依曼的体系成为权威之前或者之后这些年中,计算机科学思考都衍生于对数学的思考。数学家认为数学语言能完美的描述这个世界,基于数学的编程语言一出来就是贵族,然而纯粹数学语言是没法用的,因为我们的机器还太低级,于是另一个编程语言的发展方向,是从数学语言向机器语言的自顶向下的发展。这其中纯粹的函数式语言是这方面的代表,比如lisp,微软的F#则是“混血”的代表。

从机器的角度理解世界,还是纯数学的方式理解世界,都不能代表人的视角和思维方式。在二者相向发展中,有了很多交汇。计算机当然离理解人的思维方式还差的很远,除非把人变成计算单元。科学家们在这个方向上努力良久,在编程语言领域“面向对象”的思想和方法被广泛接受。事物是不断变化的,人类在变化中寻找相对静止的时空来思考世界,来描述世界,文字、绘画都是语言,都需要在静止中呈现。生命尊重并表现自我,认同个体,于是世间有了物的概念。在静止中,如果还只是思考数据,那么就是混沌,观察个体才有意义,才有血肉。世间万物,物就是对象。

所谓面向对象,就是把你眼中能认为或抽象出的独立事务描述清楚,首先它是个整体,然后我们再肢解它,最后在把它重新放到变化中观察行为。抽象的越彻底,我们越能发现很多事务的共性,于是有了分类。在变化中,物与物必然会产出影响,于是有了关系。

视角发生了变化,描述事物和行为的方式必然有了变化,产生了新的表达方法,新的技巧,同时也有了新的问题和挑战,当然会产生新的解决问题的方法,这些就是面向对象的基本方法,设计模式,架构经验,等等。

扯了这么多闲篇,下面我们进入Python的面向对象世界,当然不会细致入微,简单概述为主。

2.9.1 类与对象

在python中,我们使用class关键字来定义一类事物,类是一个抽象描述,并不是真正的存在,需要把它初始化才会产生一个真正的事物,我们称之为对象。在编程过程中,拥有行为和数据的是对象,而不是类。

下面我们声明一个简单的类:

#!/usr/bin/python

class Person:

pass # An empty block

p = Person()

print p

我们使用class语句后跟类名,创建了一个新的类。这后面跟着一个缩进的语句块形成类体。在这个例子中,我们使用了一个空白块,它由pass语句表示。

接下来,我们使用类名后跟一对圆括号来创建一个对象/实例。为了验证,我们简单地打印了这个变量的类型。它告诉我们我们已经在__main__模块中有了一个Person类的实例。结果如下:

图2

你可能已经注意到存储对象的计算机内存地址也打印了出来。这个地址在你的计算机上会是另外一个值,因为Python可以在任何空位存储对象。

2.9.2 对象的方法

方法代表现实世界中的行为,简单示例如下:

class Person:

def sayHi(self):

print 'Hello, how are you?'

p = Person()

p.sayHi()

这里我们需要注意sayHi方法没有任何参数,但仍然在函数定义时有self,self代表对象本身,等价于C++中的self指针和Java、C#中的this引用。之后,我们通过对象名加点的方式来调用对象的方法。运行结果如下:

图3

2.9.3 构造函数

我们在使用类来构造一个对象的时候,通常在构造支出需要把对象本身的关键属性进行初始化。比如初始化一个人,如果我们认为年龄和名字是关键属性的话,我们在实例化这个人的时候,需要把相关属性的值传进来。上面我们知道出事化对象的时候是类名加括号的方式,实际上这个括号调用了一个内置的方法,我们称之为构造函数,正是该函数返回了被初始化的对象本身。

python的构造函数名为__init__,我们可以自定义传入参数的类型和个数。

#!/usr/bin/python

class Person:

def __init__(self, name):

self.name = name

def sayHi(self):

print 'Hello, my name is', self.name

p = Person('Swaroop')

p.sayHi()

这里,我们把__init__方法定义为取一个参数name(以及普通的参数self)。在这个__init__里,我们只是创建一个新的字段 name。最重要的是,我们没有专门调用__init__方法,只是在创建一个类的新实例的时候,把参数包括在圆括号内跟在类名后面,从而传递给__init__方法。

现在,我们能够在我们的方法中使用self.name变量。这在sayHi方法中得到了验证。

图4

2.9.4 变量

变量代表属性和数据。在python中变量有两种,类变量和对象变量。类变量是全局的,对每个对象都共享,对象的变量是实例化的,每个对象之间互不影响。下面我们通过一段代码来对比:

#!/usr/bin/python

class Person:

'''Represents a person.'''

population = 0

def __init__(self, name):

'''Initializes the person's data.'''

self.name = name

print '(Initializing %s)' % self.name

# When this person is created, he/she

# adds to the population

Person.population += 1

def __del__(self):

'''I am dying.'''

print '%s says bye.' % self.name

Person.population -= 1

if Person.population == 0:

print 'I am the last one.'

else:

print 'There are still %d people left.' % Person.population

def sayHi(self):

'''Greeting by the person.

Really, that's all it does.'''

print 'Hi, my name is %s.' % self.name

def howMany(self):

'''Prints the current population.'''

if Person.population == 1:

print 'I am the only person here.'

else:

print 'We have %d persons here.' % Person.population

swaroop = Person('Swaroop')

swaroop.sayHi()

swaroop.howMany()

kalam = Person('Abdul Kalam')

kalam.sayHi()

kalam.howMany()

swaroop.sayHi()

swaroop.howMany()

这个例子略微有点长,但是它有助于说明类与对象的变量的本质。这里,population属于Person类,因此是一个类的变量。name变量属于对象(它使用self赋值)因此是对象的变量。

观察可以发现__init__方法用一个名字来初始化Person实例。在这个方法中,我们让population增加1,这是因为我们增加了一个人。同样可以发现,self.name的值根据每个对象指定,这表明了它作为对象的变量的本质。

在这个程序中,我们还看到docstring对于类和方法同样有用。我们可以在运行时使用Person.__doc__和Person.sayHi.__doc__来分别访问类与方法的文档字符串。

就如同__init__方法一样,还有一个特殊的方法__del__,它在对象消逝的时候被调用。对象消逝即对象不再被使用,它所占用的内存将返回给系统作它用。在这个方法里面,我们只是简单地把Person.population减1。

当对象不再被使用时,__del__方法运行,但是很难保证这个方法究竟在 什么时候 运行。如果你想要指明它的运行,你就得使用del语句,就如同我们在以前的例子中使用的那样。

这里需要注意的是:

l Python中所有的类成员(包括数据成员)默认都是公有的。

l 如果你使用的数据成员名称以 双下划线前缀 比如__privatevar,Python的名称管理体系会有效地把它作为私有变量。

l 这样就有一个惯例,如果某个变量只想在类或对象中使用,就应该以单下划线前缀。而其他的名称都将作为公共的,可以被其他类/对象使用。记住这只是一个惯例,并不是Python所要求的(与双下划线前缀不同)。

l 同样,注意__del__方法与其他语言中析构函数的概念类似。

2.9.5 继承

继承这个概念,经常以父与子的关系来被阐述,我认为这阐述对初学者来说是一种误导。在人类社会中,父与子继承的是什么?是财产,实际是赠予。面向对象的继承,实际是不是从现实世界中来,而是为了解决面向对象编程的问题二产生的,要解决的是代码复用的问题。比如人类有许多共性,有鼻子,有眼睛。但是人类也是分亚种的,从肤色上划分人种,地理上划分人群。那么在定义黄种人和黑种人的时候,不可避免的要重新定义很多属性和行为,于是有了继承的概念,把公共的内容放到Person类里面,然后AsiaPerson 继承Person类,它自然就有了Person类定义的内容,这种思想,其实换个词可能更好理解——克隆。概念就不纠结了,理解就好,下面看代码:

#!/usr/bin/python

class SchoolMember:

'''Represents any school member.'''

def __init__(self, name, age):

self.name = name

self.age = age

print '(Initialized SchoolMember: %s)' % self.name

def tell(self):

'''Tell my details.'''

print 'Name:"%s" Age:"%s"' % (self.name, self.age),

class Teacher(SchoolMember):

'''Represents a teacher.'''

def __init__(self, name, age, salary):

SchoolMember.__init__(self, name, age)

self.salary = salary

print '(Initialized Teacher: %s)' % self.name

def tell(self):

SchoolMember.tell(self)

print 'Salary: "%d"' % self.salary

class Student(SchoolMember):

'''Represents a student.'''

def __init__(self, name, age, marks):

SchoolMember.__init__(self, name, age)

self.marks = marks

print '(Initialized Student: %s)' % self.name

def tell(self):

SchoolMember.tell(self)

print 'Marks: "%d"' % self.marks

t = Teacher('Mrs. Shrividya', 40, 30000)

s = Student('Swaroop', 22, 75)

print # prints a blank line

members = [t, s]

for member in members:

member.tell() # works for both Teachers and Students

为了使用继承,我们把基类的名称作为一个元组跟在定义类时的类名称之后。然后,我们注意到基类的__init__方法专门使用self变量调用,这样我们就可以初始化对象的基类部分。这一点十分重要——Python不会自动调用基类的构造函数。调用基类的构造函数需要使用基类名进行调用,而且传入子类的self。

注意,在我们使用SchoolMember类的tell方法的时候,我们把Teacher和Student的实例仅仅作为SchoolMember的实例。

另外,在这个例子中,我们调用了子类型的tell方法,而不是SchoolMember类的tell方法。可以这样来理解,Python总是首先查找对应类型的方法,在这个例子中就是如此。如果它不能在导出类中找到对应的方法,它才开始到基本类中逐个查找。

python支持多继承,可以同时继承多个基类。

2.9.6 小结

Python是一个高度面向对象的语言,我们只是过了一些基本概念,万物皆对象的理念,也让高级的python编程变得更加有趣。

原文发布于微信公众号 - 玄魂工作室(xuanhun521)

原文发表时间:2016-08-16

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