Java开发者的Python快速进修指南：面向对象
原创Java开发者的Python快速进修指南：面向对象
原创
当我深入学习了面向对象编程之后，我首先感受到的是代码编写的自由度大幅提升。不同于Java中严格的结构和约束，Python在面向对象的实现中展现出更加灵活和自由的特性。它使用了一些独特的关键字，如self和cls，这些不仅增强了代码的可读性，还提供了对类和实例的明确引用。正如Java，Python也依赖于对象和类的概念，允许我们通过定义类来创建和操作对象。尽管在表面上Python和Java在面向对象的实现上看似相似，但实际上，它们在细节处理上存在一些显著的差异。接下来，我们将探索这些差异，并深入了解它们在实际应用中的具体表现，以便更好地理解面向对象编程在不同语言中的独特风格和优势。
Python中的类声明
首先，你需要声明一个类。在Python中，这通常是通过使用class关键字来完成的。下面是一个简单的类声明的示例：
class MyClass:
myAttr = "类的属性"
def __init__(self, attribute):
self.attribute = attribute
def my_method(self):
return f"Value of attribute is {self.attribute}"关于上面的类声明你可能发现了attribute和myAttr属性不一样，不报错吗？这就是Python的特点：动态属性赋值。在Python中，不仅可以在类的初始化方法init中直接定义新的属性，还可以在对象创建之后的任何时刻动态地添加属性，这种做法在Java中会引发错误，但在Python中却是完全合法的，反映了其动态类型的本质。下面再详细说下。
在Java中，this关键字是隐式的，用于指代当前对象的实例，而在Python中，self必须显式声明并作为方法的第一个参数传递。
返回值里的f在这里表示格式化，它使得在字符串中直接嵌入表达式成为可能。Python会自动进行求值并将结果转换为字符串。
创建对象
一旦定义了类，就可以使用该类来创建对象。这是通过简单地调用类名并传递必要的参数来完成的。例如：
class MyClass:
myAttr = "类的属性"
def __init__(self, attribute):
self.attribute = attribute
def my_method(self):
return f"Value of attribute is {self.attribute}"
my_object = MyClass("Hello")
my_object.subAttr = "是子类的"
print(my_object.subAttr) #输出：是子类的
print(my_object.my_method()) # 输出：Value of attribute is Hello虽然在Python中，self关键字需要显式地在方法定义中指出，但其实它的作用与Java中的this关键字相似，代表着方法所属的对象实例。在调用实例方法时，Python会自动将对象实例作为第一个参数传递给self，因此在正常使用实例方法时，我们无需显式地传递这个参数。例如，在调用my_object.my_method()时，my_object实例会自动作为self参数传递给my_method。这种机制确保了方法能够访问和操作所属对象实例的数据。
如果尝试直接通过类名来调用实例方法，如MyClass.my_method()，将会引发错误。这是因为没有提供必要的实例参数，导致self没有被正确初始化。要想通过类名调用方法，方法必须是类方法或静态方法。来看下
类方法和静态方法
在Python中，@classmethod和@staticmethod是两种常用的方法装饰器，它们分别用于定义类方法和静态方法。
其特点是第一个参数通常是cls，代表着类本身。这与实例方法中的self参数相似，但有一个重要的区别：cls参数指向类，而不是类的某个特定实例。类方法的一个限制是它们无法访问特定实例的属性，因为它们不与任何实例绑定。
class MyClass:
@classmethod
def my_class_method(cls):
# 可以访问类属性，如cls.some_class_attribute
return "这是一个类方法"静态方法实际上是独立于类的实例和类本身的。静态方法不接收传统意义上的self或cls参数，这意味着它们既不能访问类的实例属性（即对象级别的数据），也不能访问类属性（即与类本身相关联的数据）。静态方法的这种特性使得它们更像是普通函数，但为了逻辑上的整洁和组织性，它们被放置在类的定义中。
class MyClass:
@staticmethod
def my_static_method():
return "这是一个静态方法"接下来我们将深入探讨对象继承、组合以及多态这三个核心概念。不过，这里不打算赘述太多理论，因为我们都知道，Python与Java在这些方面的主要区别主要体现在语法上。例如，Python支持多重继承，这意味着一个类可以同时继承多个父类的属性和方法，而Java则只支持单一继承。另一个值得注意的差异是对super关键字的使用。在Java中，我们经常需要显式地使用super来调用父类的构造器，而在Python中，这一步骤是可选的。如果没有指定，Python会自动调用父类的构造器，这让代码看起来更加简洁。
当然，我们这里不会举出太多复杂的例子来让大家头疼。毕竟我们的目标是理解和应用这些概念，而不是准备考试。我们将通过一些简单直观的例子，帮助大家清晰地把握Python在继承、组合和多态方面的特点和优势。
对象的继承
Python中的继承是一种用于创建新类的机制，新类可以继承一个或多个父类的特性。在面向对象编程中，和Java一样继承提供了代码复用的强大工具。
class Animal:
def __init__(self, name):
self.name = name
def speak(self):
pass
class Dog(Animal):
# def __init__(self, name):
# super().__init__(name)
def speak(self):
return "Woof!"
# 使用
dog = Dog("Buddy")
print(dog.speak()) # 输出: Woof!
print(dog.name) # 输出: Buddy不声明__init__默认使用super调用父类的构造器，如果你一旦声明了__init__那么记得显式的调用super，否则将无效
在Python中，多继承是一个强大的特性，允许一个类同时继承多个父类。下面是一个多继承的例子，来帮助你更好地理解这一概念：
class Father:
def __init__(self):
self.father_name = "Father's name"
def gardening(self):
return "I enjoy gardening"
class Mother:
def __init__(self):
self.mother_name = "Mother's name"
def cooking(self):
return "I love cooking"
class Child(Father, Mother):
def __init__(self):
Father.__init__(self)
Mother.__init__(self)
self.child_name = "Child's name"
def activities(self):
return f"{self.father_name} likes {self.gardening()} and {self.mother_name} likes {self.cooking()}."
# 使用
child = Child()
child.father_name = "father"
child.mother_name = "mom"
print(child.activities())对象的组合
在Python中，我们可以在程序运行过程中根据需要向对象动态地添加新的行为或数据，这种方式为处理各种复杂和不可预见的编程情况提供了极大的便利。相比之下，Java由于其静态类型的特性，对于运行时的动态变化就显得有些束手束脚。在Java中，所有的属性和方法都必须在编译时明确定义。
class Printer:
def print_document(self, content):
return f"Printing: {content}"
class Scanner:
def scan_document(self):
return "Scanning a document"
class MultifunctionMachine:
pass
# 动态添加功能
mfm = MultifunctionMachine()
mfm.printer = Printer()
mfm.scanner = Scanner()
# 使用新功能
print(mfm.printer.print_document("Hello World")) # 输出: Printing: Hello World
print(mfm.scanner.scan_document()) # 输出: Scanning a documentpass 这个看似简单却不可忽视的关键字，我不太确定之前是否有提及。在Python的世界里，pass 是一种特别有趣的存在。想象一下，在编写代码时，我们常常会遇到一种场景：逻辑上需要一个语句，但此刻我们可能还没有准备好具体的实现，或者我们故意想留下一个空的代码块，以备将来填充。这时，pass 就像是一个灵巧的小助手，默默地站在那里，告诉Python解释器：“嘿，我在这里，但你可以暂时忽略我。”
多态
为了让大家更直观地理解多态，我准备了一个例子，相信通过这个实例，多态的概念会变得生动而明晰。在Python中，多态表现得非常直观，而且它与Java在这方面的处理几乎如出一辙。
class Animal:
def speak(self):
raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")
class Dog(Animal):
def speak(self):
return "Woof!"
class Cat(Animal):
def speak(self):
return "Meow!"
def animal_speak(animal):
print(animal.speak())
# 使用
my_dog = Dog()
my_cat = Cat()
animal_speak(my_dog) # 输出: Woof!
animal_speak(my_cat) # 输出: Meow!我们将讨论封装、反射以及单例模式。除此之外，我们不再深入其他内容。关于封装功能，Python与Java大致相同，但写法略有不同，因为Python没有修饰符。而对于反射来说，我认为它比Java简单得多，不需要频繁地获取方法和属性，而是有专门的方法来实现。最后，我们将简单地实现一下单例模式，这样面向对象章节就告一段落了。
封装（Encapsulation）
封装是指将数据和方法封装在一个类中。在Python中，我们可以通过属性和方法来实现封装。属性可以通过getter和setter方法来访问和修改，而方法可以在类的内部进行访问和使用。然而，与Java不同的是，虽然方法在Python中是可以调用的，但Java不允许。另外，属性也有一些区别，如果属性以双下划线开头，并且没有声明属性，将无法直接访问。除非你动态赋值，那么将失去封装的作用。
使用双下划线开头的属性是私有属性，下面是一个简单的示例代码：
class Person:
def __init__(self, name):
self.__name = name #
def get_name(self):
return self.__name
def set_name(self, name):
self.__name = name
person = Person("xiaoyu")
print(person.get_name()) # 输出：xiaoyu我们都是学习Java的，所以对于getter和setter方法的使用应该是基本常识了。记住在Python中，我们使用双下划线来定义私有属性，但实际上这只是一种约定，Python并没有真正的私有属性概念。我们可以通过一些特殊的方式来访问和修改私有属性，但这违背了封装的原则，不建议直接这样做。
反射（Reflection）
反射是一种强大的编程技术，它使得在运行时可以动态地获取和修改对象的属性和方法。在Python中，我们可以利用内置的getattr()、setattr()和hasattr()等函数来实现反射的功能。通过反射，我们可以在运行时根据需要获取或修改对象的属性和方法，从而实现更灵活和动态的编程。不过，我还是有原则的，毕竟Java作为一种商业生态体系成熟的编程语言，在各个领域都有着强大的应用和支持，这是其他语言所无法比拟的。
下面是一个简单的示例代码：
class MyClass:
def __init__(self, name):
self.name = name
def hello(self):
print("Hello, {}!".format(self.name))
def dance(self):
print("dance, {}!".format(self.name))
def cmd(self):
method_name = input("====>")
if hasattr(obj, method_name):
method = getattr(obj, method_name)
method()
obj = MyClass("xiaoyu")
obj.cmd()这样就可以获取到方法然后去实现反射了，我就不演示setattr了，自行演示吧。
单例模式（Singleton）
单例模式是一种常用的设计模式，它可以确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点，方便其他对象对该实例进行调用。在Python中，我们可以通过使用模块级别的变量来实现单例模式，这种方式非常简洁和高效。
下面是一个简单的示例代码，展示了如何在Python中实现单例模式：
class Singleton:
_instance = None
@classmethod
def get_instance(cls):
if not cls._instance:
cls._instance = cls()
return cls._instance
s1 = Singleton.get_instance()
s2 = Singleton.get_instance()
print(s1 is s2) # 输出: True与Java相似，Python中也可以使用classmethod装饰器来实现方法，只是在Python中我们称之为装饰器而非注解。
另外，Python中也有一种类似于Java中常用的stream流处理for循环的高级用法，只不过在Python中这种写法是倒着的。所以人们称之为字典推导或列表推导。为了方便记忆，我一直称之为推倒。
student = {
"name": "xiaoyu",
"age": 18
}
[print(key + ": " + str(value)) for key, value in student.items() if key == "name"]
# 输出 name: xiaoyu总结
在今天的课上，我们深入讨论了Python中面向对象这个重要的概念。我不想过多地赘述它们的细节，但是请大家务必记住它们的基本语法规则，因为本章也是面向对象章节的结束。我希望大家能够牢牢掌握这些知识点，为未来的学习打下坚实的基础。
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