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《Python入门09》揭秘python面向对象的编程~

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引言

Python和C++、Java是一样的,它是一种面向对象的计算机语言。在前几章,主要介绍了Python内置的主要对象类型(数、字符串、列表、元组和字典),大致了解了众多的内置函数和标准库,还创建了自定义函数。接下来将要介绍如何创建自定义对象。本文主要从以下三个方面进行介绍:对象的特性、什么是类、如何创建类。

一、对象的特性

在面向对象编程中,对象大致意味着一系列数据(属性)以及一套访问和操作这些数据的方法。使用对象而非全局变量和函数的原因有多个,下面列出了使用对象的最重要的好处。

多态:可对不同类型的对象执行相同的操作。

封装:对外部隐藏有关对象工作原理的细节。

继承:可基于通用类创建出专用类。

1、多态和方法

假设你要为一个销售食品的电子商务网站创建在线支付系统,程序将接收来自系统另一部分(或之后设计的类似系统)的购物车。因此你只需计算总价并从信用卡扣除费用即可。但是当到了双十一搞活动的时候,有很多商品的价格需要降价,你可能需要书写新的报价函数,随时的更新价格,但是商品数量那么多,要写这么多函数,那是相当的麻烦的。那么怎么解决这个问题呢?

这个就应用到了多态,你收到一个对象,却根本不知道它是如何实现的,它可能是众多“形态”中的任何一种。你只知道可以询问其价格,但这就够了。至于询问价格的方式,采用固定的方式。

>>> object.get_price()

像这样与对象属性相关联的函数称为方法。你在本书前面见过这样的函数:字符串、列表和字典的方法。多态你其实也见过。

>>> 'abc'.count('a')

>>> [1, 2, 'a'].count('a')

如果有一个变量x,你无需知道它是字符串还是列表就能调用方法count:只要你向这个方法提供一个字符作为参数,它就能正常运行。

下面来做个实验。标准库模块random包含一个名为choice的函数,它从序列中随机选择一个 元素。下面使用这个函数给变量提供一个值。

>>> from random import choice

>>> x = choice(['Hello, world!', [1, 2, 'e', 'e', 4]])

执行这些代码后,x可能包含字符串'Hello,world!',也可能包含列表[1, 2, 'e', 'e', 4]。具体是哪一个,你不知道也不关心。你只关心x包含多少个'e',而不管x是字符串还是列表你都能找到答案。为找到答案,可像前面那样调用count。

>>>x.count('e')

2

从上述结果看,x包含的应该是列表。但关键在于你无需执行相关的检查,只要x有一个名为 count的方法,它将单个字符作为参数并返回一个整数就行。如果有人创建了包含这个方法的对象,你也可以像使用字符串和列表一样使用这种对象。

多态形式多样 每当无需知道对象是什么样的就能对其执行操作时,都是多态在起作用。这不仅仅适用于方法,我们还通过内置运算符和函数大量使用了多态。请看下面的代码:

>>> 1 +2

3

>>>'Fish' + 'license'

'Fishlicense'

上述代码表明,加法运算符(+)既可用于数(这里是整数),也可用于字符串(以及其他类 型的序列)。为证明这一点,假设你要创建一个将两个对象相加的add函数,可像下面这样定义它(这与模块operator中的函数add等价,但效率更低):

def add(x, y):

return x + y

可使用众多不同类型的参数来调用这个函数。

>>> add(1, 2)

3

>>>add('Fish', 'license')

'Fishlicense'

这也许有点傻,但重点在于参数可以是任何支持加法的对象①。如果要编写一个函数,通过打印一条消息来指出对象的长度,可以像下面这样做(它对参数的唯一要求是有长度,可对其执行函数len)。

def length_message(x):

print("The length of", repr(x),"is", len(x))

如你所见,这个函数还使用了repr。repr是多态的集大成者之一,可用于任何对象,下面就 来看看:

>>> length_message('Fnord')

The length of 'Fnord' is 5

>>> length_message([1, 2, 3])

The length of[1, 2, 3] is 3

很多函数和运算符都是多态的,你编写的大多数函数也可能如此,即便你不是有意为之。每当你使用多态的函数和运算符时,多态都将发挥作用。事实上,要破坏多态,唯一的办法是使用诸如type、issubclass等函数显式地执行类型检查,但你应尽可能避免以这种方式破坏多态。重要的是,对象按你希望的那样行事,而非它是否是正确的类型(类)。然而,不要使用类型检查的禁令已不像以前那么严格。引入本章后面将讨论的抽象基类和模块abc后,函数issubclass本身也是多态的了。

2、封装

封装(encapsulation)指的是向外部隐藏不必要的细节。这听起来有点像多态(无需知道对象的内部细节就可使用它)。这两个概念很像,因为它们都是抽象的原则。它们都像函数一样,可帮助你处理程序的组成部分,让你无需关心不必要的细节。

但封装不同于多态。多态让你无需知道对象所属的类(对象的类型)就能调用其方法,而封装让你无需知道对象的构造就能使用它。听起来还是有点像?下面来看一个使用了多态但没有使用封装的示例。假设你有一个名为OpenObject的类(如何创建类将在本章后面介绍)。

>>> o = OpenObject() # 对象就是这样创建的

>>> o.set_name('Sir Lancelot')

>>> o.get_name()

'Sir Lancelot'

你(通过像调用函数一样调用类)创建一个对象,并将其关联到变量o,然后就可以使用方法set_name和get_name了(假设OpenObject支持这些方法)。一切都看起来完美无缺。然而,如果 o将其名称存储在全局变量global_name中呢?

>>> global_name

'Sir Lancelot'

这意味着使用OpenObject类的实例(对象)时,你需要考虑global_name的内容。事实上,必须确保无人能修改它。

>>>global_name = 'Sir Gumby'

>>>o.get_name() 'Sir Gumby'

如果尝试创建多个OpenObject对象,将出现问题,因为它们共用同一个变量。

>>> o1 = OpenObject()

>>> o2 = OpenObject()

>>> o1.set_name('Robin Hood')

>>> o2.get_name() 'Robin Hood'

如你所见,设置一个对象的名称时,将自动设置另一个对象的名称。这可不是你想要的结果。

基本上,你希望对象是抽象的:当调用方法时,无需操心其他的事情,如避免干扰全局变量。如何将名称“封装”在对象中呢?没问题,将其作为一个属性即可。属性是归属于对象的变量,就像方法一样。实际上,方法差不多就是与函数相关联的属性(7.2.3节将介绍方法和函数之间的一个重要差别)。如果你使用属性而非全局变量重新编写前面的类,并将其重命名为ClosedObject,就可像下面这样使用它:

>>> c =ClosedObject()

>>>c.set_name('Sir Lancelot')

>>>c.get_name()

'Sir Lancelot'

到目前为止一切顺利,但这并不能证明名称不是存储在全局变量中的。下面再来创建一个对象。

>>> r =ClosedObject()

>>>r.set_name('Sir Robin')

r.get_name()

'Sir Robin'

从中可知正确地设置了新对象的名称(这可能在你的意料之中),但第一个对象现在怎么样了呢?

>>>c.get_name()

'Sir Lancelot'

其名称还在!因为这个对象有自己的状态。对象的状态由其属性(如名称)描述。对象的方法可能修改这些属性,因此对象将一系列函数(方法)组合起来,并赋予它们访问一些变量(属性)的权限,而属性可用于在两次函数调用之间存储值。

3、继承

继承是另一种偷懒的方式(这里是褒义)。程序员总是想避免多次输入同样的代码。本书前 面通过创建函数来达成这个目标,但现在要解决一个更微妙的问题。如果你已经有了一个类,并 要创建一个与之很像的类(可能只是新增了几个方法),该如何办呢?创建这个新类时,你不想 复制旧类的代码,将其粘贴到新类中。

例如,你可能已经有了一个名为Shape的类,它知道如何将自己绘制到屏幕上。现在你想创 建一个名为Rectangle的类,但它不仅知道如何将自己绘制到屏幕上,而且还知道如何计算其面 积。你不想重新编写方法draw,因为Shape已经有一个这样的方法,且效果很好。那么该如何办 呢?让Rectangle继承Shape的方法,使得对Rectangle对象调用方法draw时,将自动调用Shape类 的这个方法。

二、什么是类?

类的定义是一种对象。每个对象都属于特定的类,并被称为该类的实例。 例如,如果你在窗外看到一只鸟,这只鸟就是“鸟类”的一个实例。鸟类是一个非常通用(抽 象)的类,它有多个子类:你看到的那只鸟可能属于子类“云雀”。你可将“鸟类”视为由所有 鸟组成的集合,而“云雀”是其一个子集。一个类的对象为另一个类的对象的子集时,前者就是后者的子类。因此“云雀”为“鸟类”的子类,而“鸟类”为“云雀”的超类。

通过这样的陈述,子类和超类就很容易理解。但在面向对象编程中,子类关系意味深长,因 为类是由其支持的方法定义的。类的所有实例都有该类的所有方法,因此子类的所有实例都有超 类的所有方法。有鉴于此,要定义子类,只需定义多出来的方法(还可能重写一些既有的方法)。

例如,Bird类可能提供方法fly,而Penguin类(Bird的一个子类)可能新增方法eat_fish。 创建Penguin类时,你还可能想重写超类的方法,即方法fly。鉴于企鹅不能飞,因此在Penguin 的实例中,方法fly应什么都不做或引发异常。

三、如何创建类

下面是一个简单的示例: __metaclass__ = type # 如果你使用的是Python 2,请包含这行代码

class Person:

def set_name(self, name):

self.name = name

def get_name(self):

return self.name

def greet(self):

print("Hello, world! I'm {}.".format(self.name))

这个示例包含三个方法定义,它们类似于函数定义,但位于class语句内。Person当然是类的名称。class语句创建独立的命名空间,用于在其中定义函数。一切看起来都挺 好,但你可能想知道参数self是什么。它指向对象本身。那么是哪个对象呢?下面通过创建两个 实例来说明这一点。

>>> foo = Person()

>>> bar = Person()

>>> foo.set_name('Luke Skywalker')

>>> bar.set_name('Anakin Skywalker')

>>> foo.greet() Hello, world! I'm Luke Skywalker.

>>> bar.greet()

Hello, world! I'm Anakin Skywalker.

这个示例可能有点简单,但澄清了self是什么。对foo调用set_name和greet时,foo都会作为 第一个参数自动传递给它们。我将这个参数命名为self,这非常贴切。实际上,可以随便给这个 参数命名,但鉴于它总是指向对象本身,因此习惯上将其命名为self。

显然,self很有用,甚至必不可少。如果没有它,所有的方法都无法访问对象本身——要操 作的属性所属的对象。与以前一样,也可以从外部访问这些属性。

>>> foo.name 'Luke Skywalker'

>>> bar.name = 'Yoda'

>>> bar.greet()

Hello, world! I'm Yoda

四、总结

本节主要介绍了,python的多态和方法、继承、封装三大特性,然后介绍了什么是python的类,最后介绍了python如创建类。下次,小小白将介绍如何关于python类的一些主要特性。Always remember you should be coding~~~

参考文献:

[1]Beginning Python From Novice to Professional (Third Edition),Magnus Lie

Hetland.

希望上述内容能够帮助到正在学习的你~

本文分享自微信公众号 - AINLPer(gh_895a8687a10f),作者:小小白AI

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原始发表时间:2018-09-28

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