Python进阶教程笔记（一）面向对象编程
一、什么是面向对象编程
- 程序设计的范式
- 抽象并建立对象模型
- 程序是不同对象相互调用的逻辑
二、类的定义与实例化
在Python中，通过class关键字定义一个类，比如我们需要定义一个人的类。按照 Python 的编程习惯，类名以大写字母开头。因此可以这样定义：
class Person: pass
注意，在这个Person类的定义里面，并没有继承任何类，除了这样定义以外，还可以有以下两种定义方式。
class Person(): pass
class Person(object): pass
这三种情况有什么区别呢？在Python3中，是没有区别的，但是在Python2中，则有一定的区别。
在Python2中，对于第一种定义的方法，Person类只有有限的几个内建函数'__doc__', '__module__', 'name'，而对于第二种、第三种定义的方法，则会继承Python object对象的更多的内建函数，可以更便捷的操作对象。这是Python2版本的差异。在Python3中，我们只需要知道这三种方式都可以定义一个类即可。
定义了类之后，就可以对类进行实例化了，实例化是指，把抽象的类，赋予实物的过程。比如，定义好Person这个类后，就可以实例化多个Person出来了。
创建实例使用类名+()，类似函数调用的形式创建：
class Person(object): pass
xiaohong = Person()
xiaoming = Person()
三、实例属性的定义
虽然前面我们已经通过Person类创建出xiaoming、xiaohong等实例，但是这些实例看上去并没有任何区别。在现实世界中，一个人拥有名字、性别、年龄等等的信息，在Python中，可以通过以下的方式赋予实例这些属性，并且把这些属性打印出来。
xiaohong.name = 'xiaohong'
xiaohong.sex = 'girl'
xiaohong.age = 13
print(xiaohong.name)
print(xiaohong.sex)
print(xiaohong.age)
除此以外，这些属性也可以和普通变量一样进行运算。比如xiaohong长大了一岁：
xiaohong.age = xiaohong.age + 1
四、实例属性的初始化
通过前面的方式定义一个实例的属性非常方便，但也有一些问题。
首先，如果定义属性的过程中使用了不同的属性名字，比如性别，前者使用了sex，后者使用了gender，那对于一个类的不同实例，存储一个信息就用了两个不同的属性，在后面将会难以维护。
其次，名字、性别、年龄等等，都是人的基本信息，在抽象一个类的时候，理应包含这些信息。
在定义 Person 类时，可以为Person类添加一个特殊的__init__()方法，当创建实例时，__init__()方法被自动调用，我们就能在此为每个实例都统一加上以下属性：
class Person(object):
def __init__(self, name, sex, age):
self.name = name
self.sex = sex
self.age = age
需要注意的是，__init__() 方法的第一个参数必须是 self（也可以用别的名字，但建议使用习惯用法），后续参数则可以自由指定，和定义函数没有任何区别。
定义类后，就可以相应的实例化对象了，需要注意的是，在实例化的时候，需要提供除self以外的所有参数。
xiaoming = Person('Xiao Ming', 'boy', 13)
xiaohong = Person('Xiao Hong', 'girl', 14)
而访问这些属性的方式和之前的一样：
print(xiaohong.name)
print(xiaohong.sex)
print(xiaohong.age)
# 但当访问不存在的属性时，依然会报错
print(xiaohong.birth)
要特别注意的是，初学者定义__init__()方法常常忘记了 self 参数，比如如下的定义：
class Person(object):
def __init__(name, sex, age):
pass
这种情况下，如果还是如下实例化，将会报错。
xiaoming = Person('Xiao Ming', 'boy', 13)
xiaohong = Person('Xiao Hong', 'girl', 14)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: __init__() takes 3 positional arguments but 4 were given
五、类属性
类和实例对象是有区别的，类是抽象，是模板，而实例则是根据类创建的对象，比如类：动物，只是一个抽象，并没有动物的详细信息，而猫、狗等，则是具体的动物，是类的对象。
在前面，实例对象绑定的属性只属于这个实例，绑定在一个实例上的属性不会影响其它实例；同样的，类也可以绑定属性，但是类的属性不属于任何一个对象，而是属于这个类。如果在类上绑定一个属性，则所有实例都可以访问类的属性，并且，所有实例访问的类属性都是同一个！也就是说，实例属性每个实例各自拥有，互相独立，而类属性有且只有一份。
定义类属性可以直接在 class 中定义，比如在前面的Animal类中，加入地域的类属性：
class Animal(object):
localtion = 'Asia'
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
在上面的代码中，localtion就是属于Animal这个类的类属性，此后，通过Animal()实例化的所有对象，都可以访问到localtion，并且得到唯一的结果。
dog = Animal('wangwang', 1)
cat = Animal('mimi', 3)
print(dog.localtion) # ==> Asia
print(cat.localtion) # ==> Asia
# 类属性，也可以通过类名直接访问
print(Animal.localtion) # ==> Asia
类属性也是可以动态添加和修改的，需要注意的是，因为类属性只有一份，所以改变了，所有实例可以访问到的类属性都会变更：
Animal.localtion = 'Africa'
print(cat.localtion) # ==>Africa
print(dog.localtion) # ==>Africa
六、类属性和实例属性的优先级
可以看到，属性可以分为类属性和实例属性，那么问题就来了，如果类属性和实例属性名字相同时，会怎么样，这就涉及Python中类属性和实例属性的优先级的问题了。
我们可以做一个实验，在前面类定义的基础上，在实例属性中，也初始化一个localtion的属性。
class Animal(object):
localtion = 'Asia'
def __init__(self, name, age, localtion):
self.name = name
self.age = age
self.localtion = localtion
接着我们初始化两个实例，并把localtion打印出来。
dog = Animal('wangwang', 1, 'GuangDong')
cat = Animal('mimi', 3, 'ChongQing')
print(dog.localtion) # ==> GuangDong
print(cat.localtion) # ==> ChongQing
print(Animal.localtion) # ==> Asia
可见，在类属性和实例属性同时存在的情况下，实例属性的优先级是要高于类属性的，在操作实例的时候，优先是操作实例的属性。
另外，当实例没有和类同名的时候，通过实例对象，依然可以访问到类属性。
class Animal(object):
localtion = 'Asia'
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
cat = Animal('mimi', 3)
print(cat.localtion) # ==> Asia
那通过实例，可不可以修改类属性呢？我们来尝试一下：
cat.localtion = 'Africa'
print(Animal.localtion) # ==> Asia
这里依然打印了Asia，可见通过实例是无法修改类的属性的，事实上，通过实例方法修改类属性，只是给实例绑定了一个对应的实例属性：
# 新增的实例属性
print(cat.localtion) # ==> Africa
因此，需要特别注意，尽量不要通过实例来修改类属性，否则很容易引发意想不到的错误。
七、访问限制
并不是所有的属性都可以被外部访问的，这种不能被外部访问的属性称为私有属性。私有属性是以双下划线'__'开头的属性。
# 类私有属性
class Animal(object):
__localtion = 'Asia'
print(Animal.__localtion)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: type object 'Animal' has no attribute '__localtion'
# 实例私有属性
class Animal(object):
def __init__(self, name, age, localtion):
self.name = name
self.age = age
self.__localtion = localtion
dog = Animal('wangwang', 1, 'GuangDong')
print(dog.name) # ==> wangwang
print(dog.age) # ==> 1
print(dog.__localtion)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Animal' object has no attribute '__localtion'
在外部访问私有属性将会抛出异常，提示没有这个属性。 虽然私有属性无法从外部访问，但是，从类的内部是可以访问的。私有属性是为了保护类或实例属性不被外部污染而设计的。
八、定义实例方法
上面提到，私有属性没有办法从外部访问，只能在类的内部操作；那如果外部需要操作私有属性怎么办？这个时候可以通过定义类或者实例的方法来操作私有属性，本节课先来介绍实例方法。
实例的方法指的就是在类中定义的函数，实例方法的第一个参数永远都是self，self是一个引用，指向调用该方法的实例对象本身，除此以外，其他参数和普通函数是完全一样的。
class Person(object):
def __init__(self, name):
self.__name = name
def get_name(self):
return self.__name
在上面的定义，name是实例的私有属性，从外部是无法访问的，而get_name(self) 就是一个实例方法，在实例方法里面是可以操作私有属性的，注意，它的第一个参数是self。
另外，__init__(self, name)其实也可看做是一个特殊的实例方法。
通过定义get_name(self)方法，在外部就可以通过这个方法访问私有属性了。
p = Person('Alice')
print(p.get_name()) # ==> Alice
注意，在外部调用实例方法时，是不需要显式传递self参数的。
另外，通过定义实例方法来操作私有属性的这种方法是推荐的，这种数据封装的形式除了能保护内部数据一致性外，还可以简化外部调用的难度。 当然，实例方法并不仅仅是为私有属性服务的，我们可以把和类的实例有关的操作都抽象成实例方法，比如：打印实例的详细信息等等。
class Animal(object):
def __init__(self, name, age, localtion):
self.name = name
self.age = age
self.localtion = localtion
def get_info(self):
return 'name = {}, age = {}, localtion = {}'.format(self.name, self.age, self.localtion)
dog = Animal('wangwang', 1, 'GuangDong')
print(dog.get_info())
九、定义类方法
在上面，为了操作实例对象的私有属性，我们定义了实例方法；同样的，如果需要需要操作类的私有属性，则应该定义类的方法。
默认的，在class中定义的全部是实例方法，实例方法第一个参数 self 是实例本身。
要在class中定义类方法，需要这么写：
class Animal(object):
__localtion = 'Asia'
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
@classmethod
def set_localtion(cls, localtion):
cls.__localtion = localtion
@classmethod
def get_localtion(cls):
return cls.__localtion
print(Animal.get_localtion()) # ==> Asia
Animal.set_localtion('Afica')
print(Animal.get_localtion()) # ==> Africa
和实例方法不同的是，这里有两点需要特别注意：
- 类方法需要使用@classmethod来标记为类方法，否则定义的还是实例方法
- 类方法的第一个参数将传入类本身，通常将参数名命名为 cls，上面的 cls.__localtion 实际上相当于Animal.__localtion。
因为是在类上调用，而非实例上调用，因此类方法无法获得任何实例变量，只能获得类的引用。