python催眠之类精讲

类

Python 的类机制通过最小的新语法和语义在语言中实现了类。它是 C++ 或者 Modula-3 语言中类机制的混合。就像模块一样，Python 的类并没有在用户和定义之间设立绝对的屏障，而是依赖于用户不去“强行闯入定义”的优雅。另一方面，类的大多数重要特性都被完整的保留下来：类继承机制允许多重继承，派生类可以覆盖（override）基类中的任何方法或类，可以使用相同的方法名称调用基类的方法。对象可以包含任意数量的私有数据。

用 C++ 术语来讲，所有的类成员（包括数据成员）都是公有（ public ）的（其它情况见下文 私有变量），所有的成员函数都是虚（ virtual ）的。用 Modula-3 的术语来讲，在成员方法中没有简便的方式引用对象的成员：方法函数在定义时需要以引用的对象做为第一个参数，调用时则会隐式引用对象。像在 Smalltalk 中一个，类也是对象。这就提供了导入和重命名语义。不像 C++ 和 Modula-3 中那样，大多数带有特殊语法的内置操作符（算法运算符、下标等）都可以针对类的需要重新定义。

在讨论类时，没有足够的得到共识的术语，我会偶尔从 Smalltalk 和 C++ 借用一些。我比较喜欢用 Modula-3 的用语，因为比起 C++，Python 的面向对象语法更像它，但是我想很少有读者听过这个。

术语相关

对象具有特性，并且多个名称（在多个作用域中）可以绑定在同一个对象上。在其它语言中被称为别名。在对 Python 的第一印象中这通常会被忽略，并且当处理不可变基础类型（数字，字符串，元组）时可以被放心的忽略。但是，在调用列表、字典这类可变对象，或者大多数程序外部类型（文件，窗体等）描述实体时，别名对 Python 代码的语义便具有（有意而为）影响。这通常有助于程序的优化，因为在某些方面别名表现的就像是指针。例如，你可以轻易的传递一个对象，因为通过继承只是传递一个指针。并且如果一个方法修改了一个作为参数传递的对象，调用者可以接收这一变化——这消除了两种不同的参数传递机制的需要，像 Pascal 语言。

Python 作用域和命名空间

在介绍类之前，我首先介绍一些有关 Python 作用域的规则。类的定义非常巧妙的运用了命名空间，要完全理解接下来的知识，需要先理解作用域和命名空间的工作原理。另外，这一切的知识对于任何高级 Python程序员都非常有用。小编为大家推荐一个学习交流群：308754087，群里有人都快满了~大家遇到啥问题都可以在里面交流！是一个非常好的学习交流地方~欲进从速欧~各种PDF等你来下载，全部免费，只为帮助大家快速入门。

让我们从一些定义说起

命名空间 是从命名到对象的映射。当前命名空间主要是通过 Python 字典实现的，不过通常不关心具体的实现方式（除非出于性能考虑），以后也有可能会改变其实现方式。以下有一些命名空间的例子：内置命名（像 abs() 这样的函数，以及内置异常名）集，模块中的全局命名，函数调用中的局部命名。某种意义上讲对象的属性集也是一个命名空间。关于命名空间需要了解的一件很重要的事就是不同命名空间中的命名没有任何联系，例如两个不同的模块可能都会定义一个名为 maximize 的函数而不会发生混淆－用户必须以模块名为前缀来引用它们。

顺便提一句，我称 Python 中任何一个“.”之后的命名为 属性 －－例如，表达式 z.real 中的 real 是对象 z 的一个属性。严格来讲，从模块中引用命名是引用属性：表达式 modname.funcname 中， modname 是一个模块 对象， funcname 是它的一个属性。因此，模块的属性和模块中的全局命名有直接的映射关系：它们共享同 一命名空间！

属性可以是只读过或写的。后一种情况下，可以对属性赋值。你可以这样作： modname.the_answer = 42 。可 写的属性也可以用 del语句删除。例如： del modname.the_answer 会从 modname 对象中删除 the_answer 属 性。

不同的命名空间在不同的时刻创建，有不同的生存期。包含内置命名的命名空间在 Python 解释器启动时创建，会一直保留，不被删除。模块的全局命名空间在模块定义被读入时创建，通常，模块命名空间也会一直保存到解释器退出。由解释器在最高层调用执行的语句，不管它是从脚本文件中读入还是来自交互式输入，都是 __main__ 模块的一部分，所以它们也拥有自己的命名空间（内置命名也同样被包含在一个模块中，它被称作 builtins ）。

当调用函数时，就会为它创建一个局部命名空间，并且在函数返回或抛出一个并没有在函数内部处理的异常时被删除。（实际上，用遗忘来形容到底发生了什么更为贴切。）当然，每个递归调用都有自己的局部命名空间。

作用域就是一个 Python 程序可以直接访问命名空间的正文区域。这里的直接访问意思是一个对名称的错误引用会尝试在命名空间内查找。尽管作用域是静态定义，在使用时他们都是动态的。每次执行时，至少有三个命名空间可以直接访问的作用域嵌套在一起：

包含局部命名的使用域在最里面，首先被搜索；其次搜索的是中层的作用域，这里包含了同级的函数；最后搜索最外面的作用域，它包含内置命名。

首先搜索最内层的作用域，它包含局部命名任意函数包含的作用域，是内层嵌套作用域搜索起点，包含非局部，但是也非全局的命名

接下来的作用域包含当前模块的全局命名

最外层的作用域（最后搜索）是包含内置命名的命名空间

如果一个命名声明为全局的，那么对它的所有引用和赋值会直接搜索包含这个模块全局命名的作用域。如果要重新绑定最里层作用域之外的变量，可以使用 nonlocal 语句；如果不声明为 nonlocal，这些变量将是只读的（对这样的变量赋值会在最里面的作用域创建一个新的局部变量，外部具有相同命名的那个变量不会改变）。

通常，局部作用域引用当前函数的命名。在函数之外，局部作用域与全局使用域引用同一命名空间：模块命名空间。类定义也是局部作用域中的另一个命名空间。

重要的是作用域决定于源程序的意义：一个定义于某模块中的函数的全局作用域是该模块的命名空间，而不是该函数的别名被定义或调用的位置，了解这一点非常重要。另一方面，命名的实际搜索过程是动态的，在运行时确定的——然而，Python 语言也在不断发展，以后有可能会成为静态的“编译”时确定，所以不要依赖动态解析！（事实上，局部变量已经是静态确定了。）

Python 的一个特别之处在于：如果没有使用 global 语法，其赋值操作总是在最里层的作用域。赋值不会复制数据，只是将命名绑定到对象。删除也是如此：del x 只是从局部作用域的命名空间中删除命名 x 。事实上，所有引入新命名的操作都作用于局部作用域。特别是 import 语句和函数定义将模块名或函数绑定于局部作用域（可以使用 global 语句将变量引入到全局作用域）。

global 语句用以指明某个特定的变量为全局作用域，并重新绑定它。nonlocal 语句用以指明某个特定的变量为封闭作用域，并重新绑定它。

作用域和命名空间示例

以下是一个示例，演示了如何引用不同作用域和命名空间，以及 global 和 nonlocal 如何影响变量绑定:

以上示例代码的输出为:

注意：local 赋值语句是无法改变 scope_test 的 spam 绑定。nonlocal 赋值语句改变了 scope_test 的 spam 绑定，并且 global 赋值语句从模块级改变了 spam 绑定。

你也可以看到在 global 赋值语句之前对 spam 是没有预先绑定的。

初识类

类引入了一些新语法：三种新的对象类型和一些新的语义。

类定义语法

类定义最简单的形式如下:

class ClassName:

.

.

.

类的定义就像函数定义（ def 语句），要先执行才能生效。（你当然可以把它放进 if 语句的某一分支，或者一个函数的内部。）

习惯上，类定义语句的内容通常是函数定义，不过其它语句也可以，有时会很有用，后面我们再回过头来讨论。类中的函数定义通常包括了一个特殊形式的参数列表，用于方法调用约定——同样我们在后面讨论这些。

进入类定义部分后，会创建出一个新的命名空间，作为局部作用域。因此，所有的赋值成为这个新命名空间的局部变量。特别是函数定义在此绑定了新的命名。

类定义完成时（正常退出），就创建了一个 类对象。基本上它是对类定义创建的命名空间进行了一个包装；我们在下一节进一步学习类对象的知识。原始的局部作用域（类定义引入之前生效的那个）得到恢复，类对象在这里绑定到类定义头部的类名（例子中是 ClassName ）。

类对象

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。

属性引用 使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name 。类对象创建后，类命名空间中所 有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

那么 MyClass.i 和 MyClass.f 是有效的属性引用，分别返回一个整数和一个方法对象。也可以对类属性赋值，你可以通过给 MyClass.i 赋值来修改它。 __doc__ 也是一个有效的属性，返回类的文档字符 串： "A simple example class" 。

类的实例化使用函数符号。只要将类对象看作是一个返回新的类实例的无参数函数即可。例如（假设沿用前面的类）:

x = MyClass()

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x 。

这个实例化操作（“调用”一个类对象）来创建一个空的对象。很多类都倾向于将对象创建为有初始状态的。因此类可能会定义一个名为 __init__() 的特殊方法，像下面这样

类定义了 __init__() 方法的话，类的实例化操作会自动为新创建的类实例调用 __init__() 方法。所以在下 例中，可以这样创建一个新的实例

x = MyClass()

当然，出于弹性的需要，__init__() 方法可以有参数。事实上，参数通过 __init__() 传递到类的实例化操 作上。例如，

实例对象

现在我们可以用实例对象作什么？实例对象唯一可用的操作就是属性引用。有两种有效的属性名。

数据属性 相当于 Smalltalk 中的“实例变量”或 C++ 中的“数据成员”。和局部变量一样，数据属性不需要声明，第一次使用时它们就会生成。例如，如果 x 是前面创建的 MyClass 实例，下面这段代码会打印出 16而在堆栈中留下多余的东西:

另一种为实例对象所接受的引用属性是 方法。方法是“属于”一个对象的函数。（在 Python 中，方法不止是类实例所独有：其它类型的对象也可有方法。例如，链表对象有 append，insert，remove，sort 等等方法。然而，在后面的介绍中，除非特别说明，我们提到的方法特指类方法）

实例对象的有效名称依赖于它的类。按照定义，类中所有（用户定义）的函数对象对应它的实例中的方法。所以在我们的例子中，x.f 是一个有效的方法引用，因为 MyClass.f 是一个函数。但 x.i 不是，因为 MyClass.i 不是函数。不过 x.f 和 MyClass.f 不同，它是一个 方法对象 ，不是一个函数对象。

方法对象

通常，方法通过右绑定方式调用:

x.f()

在 MyClass 示例中，这会返回字符串 'hello world' 。然而，也不是一定要直接调用方法。 x.f 是一个方法 对象，它可以存储起来以后调用。例如:

xf = x.f

while True:

print(xf())

会不断的打印 hello world。

调用方法时发生了什么？你可能注意到调用 x.f() 时没有引用前面标出的变量，尽管在 f() 的函数定义中 指明了一个参数。这个参数怎么了？事实上如果函数调用中缺少参数，Python 会抛出异常－－甚至这个参数实际上没什么用……

实际上，你可能已经猜到了答案：方法的特别之处在于实例对象作为函数的第一个参数传给了函数。在我们的例子中，调用 x.f() 相当于 MyClass.f(x) 。通常，以 n 个参数的列表去调用一个方法就相当于将方法的对象插入到参数列表的最前面后，以这个列表去调用相应的函数。

如果你还是不理解方法的工作原理，了解一下它的实现也许有帮助。引用非数据属性的实例属性时，会搜索它的类。如果这个命名确认为一个有效的函数对象类属性，就会将实例对象和函数对象封装进一个抽象对象：这就是方法对象。以一个参数列表调用方法对象时，它被重新拆封，用实例对象和原始的参数列表构造一个新的参数列表，然后函数对象调用这个新的参数列表。

类和实例变量

一般来说，实例变量用于对每一个实例都是唯一的数据，类变量用于类的所有实例共享的属性和方法:

正如在 术语相关 讨论的， 可变 对象，例如列表和字典，的共享数据可能带来意外的效果。例如，下面代码中的 tricks 列表不应该用作类变量，因为所有的 Dog 实例将共享同一个列表:

这个类的正确设计应该使用一个实例变量: