Python 类｜Python 主题月

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面向对象编程是最有效的软件编写方法之一。根据类来创建对象称为实例化，这让你能够使用类的实例。

创建和使用类

• 使用类几乎可以模拟任何东西。
• 下面编写一个表示小狗的简单类 Dog，它表示的不是特定的小狗，而是任何小狗。

创建 Dog 类：

class Dog:
    """一次模拟小狗的简单尝试。"""
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age。"""
        self.name = name
        self.age = age
    
    def sit(self):
        """模拟小狗收到命令时蹲下。"""
        print(f"{self.name} is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """模拟小狗收到命令时打滚。"""
        print(f"{self.name} rolled over!")

• 根据约定，在 Python 中，首字母大写的名称指的是类。
• 这个类中没有圆括号，因为要从空白创建这个类。

方法 __init__()

• 类中的函数称为方法。
• 方法 __init__() 是一个特殊方法，每当你根据 Dog 类创建新实例时，Python 都会自动运行它。
• 以 self 为前缀的变量可供类中的所有方法使用，可以通过类的任何实例来访问。这种可以通过实例访问的变量称为属性。

根据类创建实例

• 可将类视为有关如何创建实例的说明。
• 下面来创建一个表示特定小狗的示例：

class Dog:
    """一次模拟小狗的简单尝试。"""
    def __init__(self, name, age):
        """初始化属性name和age。"""
        self.name = name
        self.age = age
    
    def sit(self):
        """模拟小狗收到命令时蹲下。"""
        print(f"{self.name} is now sitting.")

    def roll_over(self):
        """模拟小狗收到命令时打滚。"""
        print(f"{self.name} rolled over!")

my_dog = Dog('Willie', 6)
print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")
print(f"My dog is {my_dog.age} year old.")

• 通常可认为首字母大写的名称（如Dog）指的是类，而小写的名称（如my_dog）指的是根据类创建的实例。

1. 访问属性
   • 要访问实例的属性，可使用句点表示法。my_dog.name
2. 调用方法
   • 根据 Dog 类创建实例后，就能使用句点表示法来调用 Dog 类中定义的任何方法了。my_dog.sit()
3. 创建多个实例
   • 可按需求根据类创建任意数量的实例。

使用类和实例

• 可以使用类来模拟现实世界的很多情景。

Car 类

• 下面来编写一个表示汽车的类：

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

• 为了让这个类更有趣，下面给它添加一个随时间变化的属性，用于存储汽车的总里程。

给属性指定默认值

• 创建实例时，有些属性无须通过形参来定义，可在方法 __init__() 中为其指定默认值。

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)

print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.read_odometer()

修改属性的值

• 我们能以三种方式修改属性的值：直接通过实例进行修改，通过方法进行设置，以及通过方法进行递增（增加特定的值）。

1. 直接修改属性的值

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)

print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.odometer_reading = 23

my_new_car.read_odometer()

2. 通过方法修改属性的值

• 如果有方法能替你更新属性，将大有裨益。这样就无须直接访问属性，而可将值传递给方法，由它在内部进行更新。

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设定为指定值。"""
        self.odometer_reading = mileage

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)

print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.update_odometer(23)

my_new_car.read_odometer()

• 对方法 update_odometer() 进行扩展，禁止任何人将里程表读数往回调。

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)

print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.update_odometer(23)

my_new_car.read_odometer()

3. 通过方法对属性的值进行递增

• 有时候需要将属性值递增特定的量，而不是将其设置为全新的值。

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles

my_new_car = Car('subaru', 'outback', 2015)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.update_odometer(23_500)
my_new_car.read_odometer()

my_new_car.increment_odometer(100)
my_new_car.read_odometer()

继承

• 编写类时，并非总是要从空白开始。如果要编写的类是另一个现成类的特殊版本，可使用继承。
• 一个类继承另一个类时，将自动获得另一个类的所有属性和方法。
• 原有的类称为父类，而新类称为子类。
• 子类继承了父类的所有属性和方法，同时还可以定义自己的属性和方法。

子类的方法 __init__()

• 在既有类的基础上编写新类时，通常要调用父类的方法 __init__()。
• 例如，电动汽车是一种特殊的汽车，继承自普通汽车：

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles


class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独到之处。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化父类的属性。"""
        super().__init__(make, model, year)

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2019)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

• 创建子类时，父类必须包含在当前文件中，且位于子类前面。
• 定义子类时，必须在圆括号内指定父类的名称。
• super() 是一个特殊函数，让你能够调用父类的方法。
• 父类也称为 超类（superclass），名称 super 由此而来。

给子类定义属性和方法

• 让一个类继承另一个类后，就可以添加区分子类和父类所需的新属性和新方法了。

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles


class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独到之处。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性。
        再初始化电动汽车特有的属性。
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = 75
    
    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息。"""
        print(f"This car has a {self.battery_size}-kWh battery.")

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2019)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.describe_battery()

重写父类的方法

• 对于父类的方法，只要它不符合子类模拟的实物的行为，都可以进行重写。
• 为此，可在子类中定义一个与要重写的父类方法同名的方法。这样，Python 将不会考虑这个父类方法，而只关注你在子类中定义的相应方法。

将实例用作属性

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles


class Battery:
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试。"""
    def __init__(self, battery_size=75):
        """初始化电瓶的属性。"""
        self.battery_size = battery_size
    
    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息。"""
        print(f"This car has a {self.battery_size}-kWh battery.")


class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独到之处。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性。
        再初始化电动汽车特有的属性。
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2019)
print(my_tesla.get_descriptive_name())

my_tesla.battery.describe_battery()

• 下面再给 Battery 类添加一个方法，它根据电瓶容量报告汽车的续航里程：

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles


class Battery:
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试。"""
    def __init__(self, battery_size=75):
        """初始化电瓶的属性。"""
        self.battery_size = battery_size
    
    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息。"""
        print(f"This car has a {self.battery_size}-kWh battery.")

    def get_range(self):
        if self.battery_size == 75:
            range = 260
        elif self.battery_size == 100:
            range = 315
        print(f"This car can go about {range} miles on a full charge.")


class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独到之处。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性。
        再初始化电动汽车特有的属性。
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', 2019)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()
my_tesla.battery.get_range()

模拟实物

导入类

• Python 允许将类存储在模块中，然后在主程序中导入所需的模块。
• 在 car.py 中创建一个 Car 类：

"""一个可用于表示汽车的类。"""

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles

• 在 my_car.py 中导入 Car 类：

from car import Car

my_new_car = Car('audi', 'a4', 2019)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()

• 导入类是一种有效的编程方式。
• 通过将这个类移到一个模块中并导入该模块，依然可以使用其所有功能，但主程序文件变得整洁而易于阅读了。
• 这还让你能够将大部分逻辑存储在独立的文件中。
• 确定类像你希望的那样工作后，就可以不管这些文件，而专注于主程序的高级逻辑了。

在一个模块中存储多个类

• 虽然同一个模块中的类之间应存在某种相关性，但可根据需要在一个模块中存储任意数量的类。
• Battery 类和 ElectricCar 类都可帮助模拟汽车，下面将它们都加入模块 car.py 中：

"""一个可用于表示燃油汽车和电动汽车的类。"""

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试。"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性。"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0
    
    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息。"""
        long_name = f"{self.year} {self.make} {self.model}"
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息。"""
        print(f"This car has {self.odometer_reading} miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """
        将里程表读数设定为指定值。
        禁止将里程表读数往回调。
        """
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量。"""
        self.odometer_reading += miles


class Battery:
    """一次模拟电动汽车电瓶的简单尝试。"""

    def __init__(self, battery_size=75):
        """初始化电瓶的属性。"""
        self.battery_size = battery_size
    
    def describe_battery(self):
        """打印一条描述电瓶容量的消息。"""
        print(f"This car has a {self.battery_size}-kWh battery.")

    def get_range(self):
        if self.battery_size == 75:
            range = 260
        elif self.battery_size == 100:
            range = 315
        print(f"This car can go about {range} miles on a full charge.")


class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独到之处。"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """
        初始化父类的属性。
        再初始化电动汽车特有的属性。
        """
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

• 可以新建一个名为 my_electric_car.py 的文件，导入 ElectricCar 类，并创建一辆电动汽车了：

from car import ElectricCar

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'model s', '2019')
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()
my_tesla.battery.get_range()

从一个模块中导入多个类

• 可根据需要在程序文件中导入任意数量的类。

from car import Car, ElectricCar

my_beetle = Car('volkswagen', 'beetle', '2019')
print(my_beetle.get_descriptive_name())

my_tesla = ElectricCar('tesla', 'roadster', '2019')
print(my_tesla.get_descriptive_name())

• 从一个模块中导入多个类时，用逗号分隔了各个类。

导入整个模块

• 还可以导入整个模块，再使用句点表示法访问需要的类。

import car

my_beetle = car.Car('volkswagen', 'beetle', '2019')
print(my_beetle.get_descriptive_name())

my_tesla = car.ElectricCar('tesla', 'roadster', '2019')
print(my_tesla.get_descriptive_name())

导入模块中的所有类

• 不推荐使用这种导入方式，原因有二。
• 第一，如果只看文件开头的 import 语句，就能清楚地知道程序使用了哪些类，将大有裨益。然而这种导入方式没有明确地指出使用了模块中的哪些类。
• 第二，这种方式还可能引发名称方面的迷惑。如果不小心导入了一个与程序文件中其他东西同名的类，将引发难以诊断的错误。

在一个模块中导入另一个模块

使用别名

• as 语句。

自定义工作流程

Python 标准库

• Python 标准库是一组模块，我们安装的 Python 都包含它。
• 可以使用标准库中的任何函数和类，只需在程序开头包含一条简单的 import 语句即可。

类编码风格

• 类名应采用驼峰命名法，即将类名中的每个单词的首字母都大写，而不使用下划线。实例名和模块名都采用小写格式，并在单词之间加上下划线。
• 对于每个类，都应紧跟在类定义后面包含一个文档字符串。
• 每个模块也都应包含一个文档字符串，对其中的类可用于做什么进行描述。
• 可使用空行来组织代码，但不要滥用。在类中，可使用一个空行来分隔方法；而在模块中，可使用两个空行来分隔类。
• 需要同时导入标准库中的模块和你编写的模块时，先编写导入标准库模块的 import 语句，再添加一个空行，然后编写导入你自己编写的模块的 import 语句。