Python入门（16）

第十六节 面向对象编程

大家好，目前为止，我们编写的python代码，有一个基本的特征，就是根据需求，围绕函数，设计程序，处理数据。即使面临相对复杂的问题，通过函数、模块和包等解决方案，也能帮助我们解决程序架构和代码复用问题。但是，这样的编程方式还是被称作面向过程的编程。

说简单点，本质上，还是一种线性化的编程方式。虽然python的独特性，足以支撑其面向过程的编程依然会大行其道，并且，在处理很多问题时游刃有余。但是，相比其他高级语言的面向对象的编程方式来说，面向过程的编程方式必然存在一定的局限性。

那么，今天，我们就来讲讲什么是Python面向对象的编程。

1、面向对象编程的基石：类与实例

类与实例是面向对象编程的基石。一个类（Class）能够创建一种新的类型（Type），其中对象（Object）就是类的实例（Instance）。

这个比较抽象的概念，我们可以这样来理解，比如：

• 系统有一个内置的整数类型，就是int类型。
• 然后，你定义了一个 int 类型的变量 x。
• 那么，意味着你根据int类，创建了一个 int 类的实例 x（对象）。

2、类的字段、方法、属性

类可以包括字段（Field）和方法（Method）。

在python里，我们可以简单地这样理解这些概念：

字段，就是隶属于类的变量。

方法，就是隶属于类的函数。

关于字段，它有两种类型：

（1）隶属于类的实例（对象）的字段，被称作实例变量（Instance Variables）；

（2）从属于某一类本身的字段，被称作类变量（Class Variables）。

关于方法，它有一个特殊的参数self

与普通函数的区别：除了它隶属于某个类，在它的参数列表的开头，还需要添加一个特殊的参数 self ，但是你不用在调用该方法时为这个参数赋值，Python 会为它提供。

事实上，当你调用一个类的方法时，Python 将会自动将self参数转换成 myobject，所以，你无需为其赋值。这同时意味着，如果你的类里面的方法没计划有参数，你依旧必须为它添加 一个self 参数 。

PS：Python中的 self 相当于 C++ 中的 this 指针，Java 与 C# 中的 this 引用。

3、类的创建

通过 class 关键字可以创建一个类。

类的名称后跟一对括号，就创建一个类的实例。

接下来是一个缩进的语句块，代表这个类的主体。

示例16_1：本例中，我们使用 pass 语句创建了一个空代码块。

运行结果显示： myclass 类的 __main__ 模块中拥有了一个实例MyClassObject，并显示了它在内存中存储该对象的地址。当然，你看到的地址应该不会相同，因为 Python 会在它找到的任何空间来存储对象。

4、方法的创建

类定义一个方法（Method）其实很简单，就像定义一个函数一样，唯一的不同在于它的方法还拥有一个额外的 self 参数。

示例16_2

这里我们就能看见 self 的存在了，请注意， 调用say_hi() 这一方法原本并不需要参数，但是我们还是要在方法的定义中提供 self 参数。

5、__init__ 方法

这种前后都带有双下划线的方法，是属于python内置的专用方法。

这里我们来了解一下 __init__ 方法究竟有什么特殊意义？

__init__ 方法会在它的类被实例化（Instantiated）时立即运行。这一方法可以对任何你想进行操作的目标对象进行初始化（Initialization）操作。

这里你要注意在 init 前后加上的双下划线。

代码解析：

（1）、在本例中，我们定义2个name变量，但它们并不相同，更不会造成混淆。因为 self.name 中的点号意味着它的“name”是“self”对象的一部分，而另一个 name 则是一个纯粹的局部变量。

（2）、MyClass 类的实例调用了say_hi()方法，但是，并没有显式地调用__init__() 方法，然而它已经运行了。这正是这个方法的特殊之处。

6、类变量与实例变量

字段和方法都是类的属性。

我们已经知道，方法实现类的功能。那么字段呢？字段则用于存储类的数据。

作为数据的存在形式，字段其实就是绑定（Bound）到类与对象（即类的实例）的命名空间（Namespace）中的普通变量。意思是，我们定义的类的字段，仅在这些类与对象所存在的地方（被称作“上下文中”）有效。再简化一点：字段其实就是绑定到类的命名空间中的普通变量，并且，仅在这些类所存在的地方有效。

字段（Field）的两种类型 —— 类变量与实例变量。

类变量（Class Variable）是共享的（Shared）——它们可以被属于该类的所有实例访问（使用）。该类变量只拥有一个副本，当任何一个对象对类变量作出改变时，发生的变动将在其它所有实例中都会得到体现。

实例变量（Object variable）由类的每一个独立的实例（对象）所拥有。在这种情况下，每个对象都拥有属于它自己的独立字段，也就是说，它们不会被共享，也不会以任何方式与其它不同实例中的相同名称的字段产生关联。

代码解析：

（1）、定义了一个类变量x，它将在类的所有实例中有效，注意：使用时需要前置类名，如MyClass.x。

（2）、在方法一中我们还故意定义了一个同名的局部变量：x=-1。请注意，它并不能因此影响到方法二中的x的值。

7、类的继承

面向对象编程的一个显著特征（也是一大优点）就是对代码的重用（Reuse），而重用的实现方法之一就是继承（Inheritance）。

下面讲一个关于继承的示例，设计需求是：假设一个应用涉及大学的老师和学生。其中一些特征是他们共有的，如：姓名、年龄、地址。而另外一些特征，如：教师的薪水、课程、假期，学生的成绩和学费，则是各自独立拥有的。

解决方案中，可以分别为他们创造两个“独立且笨重”的类，来处理信息。

但有一种更好的方法，是创建一个公共类叫作 SchoolMember ，然后建立两个子类：教师（Teacher ）子类 和学生（Student）的子类，并让它继承SchoolMember类。然后，再向这些子类型中添加一些必要的独有的特征。

父类 ：SchoolMember ，又被称作基类（Base Class）或是超类（Superclass）。

子类：Teacher 和 Student类会被称作派生类（Derived Classes）或是子类（Subclass）。

（1）、先建一个学校类：SchoolMember，即：父类（基类）

（2）、再建两个子类：Teacher 和 Student。

请注意：它们通过类名后面的圆括号声明父类。

（3）、调用子类

#代码执行，输出：

(Initialized SchoolMember: 张老师)

(Initialized Teacher: 张老师)

(Initialized SchoolMember: 小明)

(Initialized Student: 小明)

Name:"张老师" Age:"40" Salary: "30000"

Name:"小明" Age:"25" Marks: "75"

8、类与类的继承的几个重要特性

（1）、类从基类中继承属性（字段和方法）

实际操作中，我们可以可以通过在子类中的方法名前面加上基类名做前缀，再传入 self 和其余变量，来调用基类的方法。

比如，在 Teacher 和 Student 子类中，我们可以直接用基类中的方法：SchoolMember.tell(self)

（2）、实例会继承所有可读取类（子类和父类）的属性（字段和方法）

案例中，当我们使用 SchoolMember 类的 tell 方法时，你会发现被调用的是子类型的 tell 方法，而不是 SchoolMember 的 tell 方法。这是因为 Python 总会从当前的实例的类型中开始寻找方法。如果找不到，它就会在该类所属的基类中继续查找。

（3）、如果子类中定义了__init__ 方法，将优先被调用，如果此时需要调用基类的__init__ 方法，则需要显式地进行调用。除非子类中未定义__init__ 方法，那么，类的__init__ 方法将自动执行。

比如，我们在 Teacher 和 Student 子类中定义了 __init__ 方法， Python 就不会自动调用基类 SchoolMember 的构造函数，必须自己显式地调用它。相反，如果我们没有在子类中定义 __init__ 方法，Python 将会自动调用基类的该方法。

（4）、修改父类的任何功能，它将自动反映在子类中。相反，子类的修改，则不会影响到其他的子类。

比如，案例中，你可以通过简单地向 SchoolMember 类进行操作，来为所有老师与学生添加一条新的 ID 卡字段。

小结

Python 是高度面向对象的，从长远来看，你不可能永远只做小应用，了解这些概念将对你大有帮助。

预告

下节课，我们将学习如何处理输入与输出，以及如何在 Python 中访问文件，这也是Python中极其重要和应用广泛的一个知识点。