全面深入理解Python面向对象编程

源 / cnblogs 文 / 武沛齐

概述

面向过程:根据业务逻辑从上到下写垒代码

函数式:将某功能代码封装到函数中,日后便无需重复编写,仅调用函数即可

面向对象:对函数进行分类和封装,让开发“更快更好更强...”

面向过程编程最易被初学者接受,其往往用一长段代码来实现指定功能,开发过程中最常见的操作就是粘贴复制,即:将之前实现的代码块复制到现需功能处。

while True:

    if cpu利用率 > 90%:

        #发送邮件提醒

        连接邮箱服务器

        发送邮件

        关闭连接

    if 硬盘使用空间 > 90%:

        #发送邮件提醒

        连接邮箱服务器

        发送邮件

        关闭连接

    if 内存占用 > 80%:

        #发送邮件提醒

        连接邮箱服务器

        发送邮件

        关闭连接

随着时间的推移,开始使用了函数式编程,增强代码的重用性和可读性,就变成了这样:

def 发送邮件(内容)

    #发送邮件提醒

    连接邮箱服务器

    发送邮件

    关闭连接

while True:

    if cpu利用率 > 90%:

        发送邮件('CPU报警')

    if 硬盘使用空间 > 90%:

        发送邮件('硬盘报警')

    if 内存占用 > 80%:

        发送邮件('内存报警')

今天我们来学习一种新的编程方式:面向对象编程(Object Oriented Programming,OOP,面向对象程序设计)

注:Java和C#来说只支持面向对象编程,而python比较灵活即支持面向对象编程也支持函数式编程

创建类和对象

面向对象编程是一种编程方式,此编程方式的落地需要使用 “类” 和 “对象” 来实现,所以,面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。

类就是一个模板,模板里可以包含多个函数,函数里实现一些功能

对象则是根据模板创建的实例,通过实例对象可以执行类中的函数

· class是关键字,表示类

· 创建对象,类名称后加括号即可

ps:类中的函数第一个参数必须是self(详细见:类的三大特性之封装) 类中定义的函数叫做 “方法”

# 创建类

class Foo:

    def Bar(self):

        print 'Bar'

    def Hello(self, name):

        print 'i am %s' %name

# 根据类Foo创建对象obj

obj = Foo()

obj.Bar()            #执行Bar方法

obj.Hello('wupeiqi') #执行Hello方法

诶,你在这里是不是有疑问了?使用函数式编程和面向对象编程方式来执行一个“方法”时函数要比面向对象简便

· 面向对象:【创建对象】【通过对象执行方法】

· 函数编程:【执行函数】

观察上述对比答案则是肯定的,然后并非绝对,场景的不同适合其的编程方式也不同。

总结:函数式的应用场景 --> 各个函数之间是独立且无共用的数据

面向对象三大特性

面向对象的三大特性是指:封装、继承和多态。

一、封装

封装,顾名思义就是将内容封装到某个地方,以后再去调用被封装在某处的内容。

所以,在使用面向对象的封装特性时,需要:

· 将内容封装到某处

· 从某处调用被封装的内容

第一步:将内容封装到某处

self 是一个形式参数,当执行 obj1 = Foo('wupeiqi', 18 ) 时,self 等于 obj1;当执行 obj2 = Foo('alex', 78 ) 时,self 等于 obj2。

所以,内容其实被封装到了对象 obj1 和 obj2 中,每个对象中都有 name 和 age 属性,在内存里类似于下图来保存。

第二步:从某处调用被封装的内容

调用被封装的内容时,有两种情况:

· 通过对象直接调用

· 通过self间接调用

1、通过对象直接调用被封装的内容

上图展示了对象 obj1 和 obj2 在内存中保存的方式,根据保存格式可以如此调用被封装的内容:对象.属性名

+ View Code

2、通过self间接调用被封装的内容

执行类中的方法时,需要通过self间接调用被封装的内容

+ View Code

综上所述,对于面向对象的封装来说,其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中,然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

练习一:在终端输出如下信息

· 小明,10岁,男,上山去砍柴

· 小明,10岁,男,开车去东北

· 小明,10岁,男,最爱大保健

·

· 老李,90岁,男,上山去砍柴

· 老李,90岁,男,开车去东北

· 老李,90岁,男,最爱大保健

·

· 老张...

1.函数式编程

def kanchai(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(name, age, gender)
def qudongbei(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,开车去东北" %(name, age, gender)
def dabaojian(name, age, gender):
    print "%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(name, age, gender)
kanchai('小明', 10, '男')
qudongbei('小明', 10, '男')
dabaojian('小明', 10, '男')
kanchai('老李', 90, '男')
qudongbei('老李', 90, '男')
dabaojian('老李', 90, '男')

2. 面向对象

class Foo:
    def __init__(self, name, age ,gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender
    def kanchai(self):
        print "%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(self.name, self.age, self.gender)
    def qudongbei(self):
        print "%s,%s岁,%s,开车去东北" %(self.name, self.age, self.gender)
    def dabaojian(self):
        print "%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(self.name, self.age, self.gender)
xiaoming = Foo('小明', 10, '男')
xiaoming.kanchai()
xiaoming.qudongbei()
xiaoming.dabaojian()
laoli = Foo('老李', 90, '男')
laoli.kanchai()
laoli.qudongbei()
laoli.dabaojian()

上述对比可以看出,如果使用函数式编程,需要在每次执行函数时传入相同的参数,如果参数多的话,又需要粘贴复制了... ;而对于面向对象只需要在创建对象时,将所有需要的参数封装到当前对象中,之后再次使用时,通过self间接去当前对象中取值即可。

练习二:游戏人生程序

1、创建三个游戏人物,分别是:

· 苍井井,女,18,初始战斗力1000

· 东尼木木,男,20,初始战斗力1800

· 波多多,女,19,初始战斗力2500

2、游戏场景,分别:

· 草丛战斗,消耗200战斗力

· 自我修炼,增长100战斗力

· 多人游戏,消耗500战斗力

游戏人生

# -*- coding:utf-8 -*-
# #####################  定义实现功能的类  #####################
class Person:
    def __init__(self, na, gen, age, fig):
       self.name = na
        self.gender = gen
        self.age = age
        self.fight =fig

    def grassland(self):
        """注释:草丛战斗,消耗200战斗力"""
        self.fight = self.fight - 200


    def practice(self):
        """注释:自我修炼,增长100战斗力"""

        self.fight = self.fight + 200

    def incest(self):

        """注释:多人游戏,消耗500战斗力"""

        self.fight = self.fight - 500

    def detail(self):

        """注释:当前对象的详细情况"""

        temp = "姓名:%s ; 性别:%s ; 年龄:%s ; 战斗力:%s"  % (self.name, self.gender, self.age, self.fight)

        print temp


# #####################  开始游戏  #####################

cang = Person('苍井井', '女', 18, 1000)    # 创建苍井井角色

dong = Person('东尼木木', '男', 20, 1800)  # 创建东尼木木角色

bo = Person('波多多', '女', 19, 2500)      # 创建波多多角色

cang.incest() #苍井空参加一次多人游戏

dong.practice()#东尼木木自我修炼了一次

bo.grassland() #波多多参加一次草丛战斗

#输出当前所有人的详细情况

cang.detail()

dong.detail()

bo.detail()

cang.incest() #苍井空又参加一次多人游戏

dong.incest() #东尼木木也参加了一个多人游戏

bo.practice() #波多多自我修炼了一次


#输出当前所有人的详细情况

cang.detail()

dong.detail()

bo.detail()

二、继承

继承,面向对象中的继承和现实生活中的继承相同,即:子可以继承父的内容。

例如:

  猫可以:喵喵叫、吃、喝、拉、撒

  狗可以:汪汪叫、吃、喝、拉、撒

如果我们要分别为猫和狗创建一个类,那么就需要为 猫 和 狗 实现他们所有的功能,如下所示:

伪代码

class 猫:

    def 喵喵叫(self):

        print '喵喵叫'

    def 吃(self):

        # do something

    def 喝(self):

        # do something

    def 拉(self):

        # do something

    def 撒(self):

        # do something

class 狗:

    def 汪汪叫(self):

        print '喵喵叫'

    def 吃(self):

        # do something

    def 喝(self):

        # do something

    def 拉(self):

        # do something

    def 撒(self):

        # do something

上述代码不难看出,吃、喝、拉、撒是猫和狗都具有的功能,而我们却分别的猫和狗的类中编写了两次。如果使用 继承 的思想,如下实现:

动物:吃、喝、拉、撒

猫:喵喵叫(猫继承动物的功能)

狗:汪汪叫(狗继承动物的功能)

伪代码

class 动物:

    def 吃(self):

        # do something

    def 喝(self):

        # do something

    def 拉(self):

        # do something

    def 撒(self):

        # do something

# 在类后面括号中写入另外一个类名,表示当前类继承另外一个类

class 猫(动物):

    def 喵喵叫(self):

        print '喵喵叫'

# 在类后面括号中写入另外一个类名,表示当前类继承另外一个类

class 狗(动物):

    def 汪汪叫(self):

        print '喵喵叫'

代码实例

class Animal:

    def eat(self):

        print "%s 吃 " %self.name

    def drink(self):

        print "%s 喝 " %self.name

    def shit(self):

        print "%s 拉 " %self.name

    def pee(self):

        print "%s 撒 " %self.name

class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):

        self.name = name

        self.breed = '猫'

    def cry(self):

        print '喵喵叫'

class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):

        self.name = name

        self.breed = '狗'

    def cry(self):

        print '汪汪叫'

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')

c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')

c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')

d1.eat()

所以,对于面向对象的继承来说,其实就是将多个类共有的方法提取到父类中,子类仅需继承父类而不必一一实现每个方法。

注:除了子类和父类的称谓,你可能看到过 派生类 和 基类 ,他们与子类和父类只是叫法不同而已。

学习了继承的写法之后,我们用代码来试上述阿猫阿狗的功能:

代码实例

class Animal:

    def eat(self):

        print "%s 吃 " %self.name

    def drink(self):

        print "%s 喝 " %self.name

    def shit(self):

        print "%s 拉 " %self.name

    def pee(self):

        print "%s 撒 " %self.name

class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):

        self.name = name

        self.breed = '猫'

    def cry(self):

        print '喵喵叫'

class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):

        self.name = name

        self.breed = '狗'

    def cry(self):

        print '汪汪叫'     

# ######### 执行 #########

c1 = Cat('小白家的小黑猫')

c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')

c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')

d1.eat()

那么问题又来了,多继承呢?

· 是否可以继承多个类

· 如果继承的多个类每个类中都定了相同的函数,那么那一个会被使用呢?

1、Python的类可以继承多个类,Java和C#中则只能继承一个类

2、Python的类如果继承了多个类,那么其寻找方法的方式有两种,分别是:深度优先和广度优先

· 当类是经典类时,多继承情况下,会按照深度优先方式查找

· 当类是新式类时,多继承情况下,会按照广度优先方式查找

经典类和新式类,从字面上可以看出一个老一个新,新的必然包含了跟多的功能,也是之后推荐的写法,从写法上区分的话,如果 当前类或者父类继承了object类,那么该类便是新式类,否则便是经典类。

经典类多继承

class D:

    def bar(self):

        print 'D.bar'

class C(D):

    def bar(self):

        print 'C.bar'

class B(D):

    def bar(self):

        print 'B.bar'

class A(B, C):

    def bar(self):

        print 'A.bar'

a = A()

# 执行bar方法时

# 首先去A类中查找,如果A类中没有,则继续去B类中找,如果B类中么有,则继续去D类中找,如果D类中么有,则继续去C类中找,如果还是未找到,则报错

# 所以,查找顺序:A --> B --> D --> C

# 在上述查找bar方法的过程中,一旦找到,则寻找过程立即中断,便不会再继续找了

a.bar()

新式类多继承

class D(object):

    def bar(self):

        print 'D.bar'

class C(D):

    def bar(self):

        print 'C.bar'

class B(D):

    def bar(self):

        print 'B.bar'

class A(B, C):

    def bar(self):

        print 'A.bar'

a = A()

# 执行bar方法时

# 首先去A类中查找,如果A类中没有,则继续去B类中找,如果B类中么有,则继续去C类中找,如果C类中么有,则继续去D类中找,如果还是未找到,则报错

# 所以,查找顺序:A --> B --> C --> D

# 在上述查找bar方法的过程中,一旦找到,则寻找过程立即中断,便不会再继续找了

a.bar()

经典类:首先去A类中查找,如果A类中没有,则继续去B类中找,如果B类中么有,则继续去D类中找,如果D类中么有,则继续去C类中找,如果还是未找到,则报错

新式类:首先去A类中查找,如果A类中没有,则继续去B类中找,如果B类中么有,则继续去C类中找,如果C类中么有,则继续去D类中找,如果还是未找到,则报错

注意:在上述查找过程中,一旦找到,则寻找过程立即中断,便不会再继续找了

三、多态

Pyhon不支持Java和C#这一类强类型语言中多态的写法,但是原生多态,其Python崇尚“鸭子类型”。

Python伪代码实现Java或C#的多态

class F1:

    pass

class S1(F1):

    def show(self):

        print 'S1.show'

class S2(F1):

    def show(self):

        print 'S2.show'

# 由于在Java或C#中定义函数参数时,必须指定参数的类型

# 为了让Func函数既可以执行S1对象的show方法,又可以执行S2对象的show方法,所以,定义了一个S1和S2类的父类

# 而实际传入的参数是:S1对象和S2对象

def Func(F1 obj):

    """Func函数需要接收一个F1类型或者F1子类的类型"""
   
    print obj.show()

s1_obj = S1()

Func(s1_obj) # 在Func函数中传入S1类的对象 s1_obj,执行 S1 的show方法,结果:S1.show

s2_obj = S2()

Func(s2_obj) # 在Func函数中传入Ss类的对象 ss_obj,执行 Ss 的show方法,结果:S2.show

Python “鸭子类型”

class F1:

    pass

class S1(F1):

    def show(self):

        print 'S1.show'

class S2(F1):

    def show(self):

        print 'S2.show'

def Func(obj):

    print obj.show()

s1_obj = S1()

Func(s1_obj)

s2_obj = S2()

Func(s2_obj)

总结

以上就是本节对于面向对象初级知识的介绍,总结如下:

· 面向对象是一种编程方式,此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用

· 类 是一个模板,模板中包装了多个“函数”供使用

· 对象,根据模板创建的实例(即:对象),实例用于调用被包装在类中的函数

· 面向对象三大特性:封装、继承和多态

问答专区

问题一:什么样的代码才是面向对象?

答:从简单来说,如果程序中的所有功能都是用 类 和 对象 来实现,那么就是面向对象编程了。

问题二:函数式编程 和 面向对象 如何选择?分别在什么情况下使用?

答:须知:对于 C# 和 Java 程序员来说不存在这个问题,因为该两门语言只支持面向对象编程(不支持函数式编程)。而对于 Python 和 PHP 等语言却同时支持两种编程方式,且函数式编程能完成的操作,面向对象都可以实现;而面向对象的能完成的操作,函数式编程不行(函数式编程无法实现面向对象的封装功能)。

所以,一般在Python开发中,全部使用面向对象 或 面向对象和函数式混合使用

面向对象的应用场景:

1. 多函数需使用共同的值,如:数据库的增、删、改、查操作都需要连接数据库字符串、主机名、用户名和密码

Demo

class SqlHelper:

    def __init__(self, host, user, pwd):

        self.host = host

        self.user = user

        self.pwd = pwd

    def 增(self):

        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接

        # do something

        # 关闭数据库连接

    def 删(self):

        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接

        # do something

        # 关闭数据库连接

    def 改(self):

        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接

        # do something

        # 关闭数据库连接

    def 查(self):

    # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接

        # do something

        # 关闭数据库连接# do something

2. 需要创建多个事物,每个事物属性个数相同,但是值的需求

如:张三、李四、杨五,他们都有姓名、年龄、血型,但其都是不相同。即:属性个数相同,但值不相同

Demo

class Person:

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

        self.name = name

        self.age = age

        self.blood_type = blood_type

    def detail(self):

        temp = "i am %s, age %s , blood type %s " % (self.name, self.age, self.blood_type)

        print temp

zhangsan = Person('张三', 18, 'A')

lisi = Person('李四', 73, 'AB')

yangwu = Person('杨五', 84, 'A')

问题三:类和对象在内存中是如何保存?

答:类以及类中的方法在内存中只有一份,而根据类创建的每一个对象都在内存中需要存一份,大致如下图:

如上图所示,根据类创建对象时,对象中除了封装 name 和 age 的值之外,还会保存一个类对象指针,该值指向当前对象的类。

当通过 obj1 执行 【方法一】 时,过程如下:

1. 根据当前对象中的 类对象指针 找到类中的方法

2. 将对象 obj1 当作参数传给 方法的第一个参数 self

以上是本篇文章的全部内容,如果觉得有点意思,下一期的进阶篇再等你哟 !

原文发布于微信公众号 - 顶级程序员(TopCoding)

原文发表时间:2018-05-30

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