Python 高级编程之面向对象（一）

大数据老司机
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一、概述

科班出身的同学应该学过C语言、C++或者Java，编程语言一般分为两种设计方式：面向过程编程、面向对象编程，早期的编程语言多数是面向过程的，像C语言就是面向过程编程，面向过程由多个过程组合在一起，也可以理解为函数编程，而Python在设计的时候就是一种面向对象编程的语言，其实python把面向对象简化了很多，如果学过java的同学再来学习python面向对象就会感觉非常简单。所以本篇文章就让我带着大家来学习一下什么是面向对象编程。

python环境和基础部分讲解可以参考我以下几篇文章：

在这里插入图片描述

二、面向对象的概念介绍

  • 类(Class)——用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
  • 类方法——类中定义的函数。
  • 类属性——属性就是类变量。
  • 方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
  • 实例变量——在类的声明中，属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，实例变量就是一个用 self 修饰的变量。
  • 继承——即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
  • 实例化——创建一个类的实例，类的具体对象。
  • 对象——通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员：属性和方法。

对象可以分为两个部分：一部分称为属性（变量），一部分称为行为（方法）。

1）类定义

语法格式如下：

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

示例如下：

#!/usr/bin/python3
 
class MyClass:
    """一个简单的类实例"""
    i = 12345
    def f(self):
        return 'hello world'
 
# 实例化类
x = MyClass()
 
# 访问类的属性和方法
print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

2）类属性

python类属性分为：私有属性和公开属性，python是没有什么修饰符的，像java就分的更细致，通过private(私有级)、protected(受保护级)、无前缀(默认级)、public(公开级)控制权限。

  • 私有属性（__private_attrs）：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类的外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时 self.__private_attrs。
  • 公开属性（private_attrs）：不带两个下划线开头，可以在类外访问，通过实例名访问，也可以在类中访问。

示例如下：

#!/usr/bin/python3
 
class JustCounter:
    __secretCount = 0  # 私有变量
    publicCount = 0    # 公开变量
 
    def count(self):
        self.__secretCount += 1
        self.publicCount += 1
        print (self.__secretCount)
 
counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print (counter.publicCount)
print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量

3）类方法

类方法也是分为：私有方法和公开方法，但是私有变量属性一把通过set/get公开方法操作。 示例如下：

class Parents(object):
    __name = "test"
    __age = 35
    
    # 设置姓名
    def set_name(self, name):
        self.__name = name
    
    # 获取姓名
    def get_name(self):
        return self.__name
        
    # 设置年龄
    def set_age(self, age):
        self.__age = age
    
    # 获取年龄
    def get_age(self):
        return self.__age

if __name__ == "__main__":
    # 实例化
    p = Parents()
    # 调用公有方法去设置属性
    p.set_age(30)
    # 获取私有属性
    print(p.get_age())
    
    # 调用公有方法去设置属性
    p.set_name("zhangsan")
    # 获取私有属性
    print(p.get_name())

【温馨提示】self 的名字并不是固定的，也可以使用 this，但是最好还是按照约定使用 self。

4）构造方法（init）

init : 构造函数，在生成对象时调用。

示例如下：

class Parents(object):
    __name = "test"
    __age = 35
    
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age
    
    # 设置姓名
    def set_name(self, name):
        self.__name = name
    
    # 获取姓名
    def get_name(self):
        return self.__name
        
    # 设置年龄
    def set_age(self, age):
        self.__age = age
    
    # 获取年龄
    def get_age(self):
        return self.__age

if __name__ == "__main__":
    # 实例化
    p = Parents(25, "lisi")
    # 获取私有属性
    print(p.get_age())
    # 获取私有属性
    print(p.get_name())

不单单有构建函数，还有其它专有的函数，都是自动去调用的：

  • __init__ : 构造函数，在生成对象时调用
  • __del__ : 析构函数，释放对象时使用
  • repr : 打印，转换
  • setitem : 按照索引赋值
  • getitem: 按照索引获取值
  • len: 获得长度
  • cmp: 比较运算
  • call: 函数调用
  • add: 加运算
  • sub: 减运算
  • mul: 乘运算
  • truediv: 除运算
  • mod: 求余运算
  • pow: 乘方

三、面向对象封装、继承和多态

面向对象编程有三大特点：封装、继承和多态。

1）封装

就是将一个类的属性、方法全部包装到了一个类中。一般设置属性为私有的，通过方法去调用，当然有些方法只需要在类内部使用也是可以设置成私有的方法的，通过公开的方法来供外部间接调用这些“封装”好的属性和方法，这就是封装。

其实上面的示例就是很好的证明，内部定义私有属性，外部通过公开的方法访问。

class Parents(object):
    __name = "test"
    __age = 35
    
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age
    
    # 设置姓名
    def set_name(self, name):
        self.__name = name
    
    # 获取姓名
    def get_name(self):
        return self.__name
        
    # 设置年龄
    def set_age(self, age):
        self.__age = age
    
    # 获取年龄
    def get_age(self):
        return self.__age

if __name__ == "__main__":
    # 实例化
    p = Parents(25, "lisi")
    # 获取私有属性
    print(p.get_age())
    # 获取私有属性
    print(p.get_name())

2）继承

继承就非常好理解了，其实通过字面意思理解就行了，一个类是另一个类的子类，那么这个类就可以拥有和父类一样的属性、方法。这就好比是现实当中，儿子继承父母的遗产一样。但是需要注意的是私有属性和私有方法是无法继承的，其它语言也是一样的。

在Python中，所有类默认继承object类，object类是顶级类或基类；其他子类叫做派生类。

示例如下：

class Animal(object):
    # 无法给继续子类
    __name = ""
    # 可以继承给子类
    color = ""

    def __init__(self, name, color):
        self.__name = name
        self.color = color

    # 可以继承给子类
    def set_name(self, name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

    def set_color(self, color):
        self.color = color

    # 无法给继续子类
    def __get_color(self):
        return self.color

class Cat(Animal):
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name
        self.color = color
        # 调用父类构造函数
        super(Cat, self).__init__(name, color)
        # Animal.__init__(name, color)

    # 重写父类方法
    def set_name(self, name):
        self.name = name

    # 重写父类方法
    def get_name(self):
        return self.name

if __name__ == "__main__":
    c = Cat("小猫", "黑色")
    # 获取父类公开属性
    print(c.color)

    # 调用子类方法重写的方法
    c.set_name("大猫")

多继承：所谓多继承意思就是一个类同时继承了多个父类

示例如下：

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
 
#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
 
#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))
 
#多重继承
class sample(speaker,student):
    a =''
    def __init__(self,n,a,w,g,t):
        student.__init__(self,n,a,w,g)
        speaker.__init__(self,n,t)
 
test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
test.speak()   #方法名同，默认调用的是在括号中参数位置排前父类的方法

3）子类重新方法和super()调用父类方法

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print ('调用父类方法')
 
class Child(Parent): # 定义子类
   # 重新父类方法
   def myMethod(self):
      print ('调用子类方法')
 
c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法
super(Child,c).myMethod() #用子类对象调用父类已被覆盖的方法

4）多态

多态首先是建立在继承的基础上的，先有继承才能有多态。多态是指不同的子类在继承父类后分别都重写覆盖了父类的方法，即父类同一个方法，在继承的子类中表现出不同的形式。多态成立的另一个条件是在创建子类时候必须使用父类new子类的方式。

示例如下：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def print_age(self):
        print("%s's age is %s" % (self.name, self.age))

class Man(Person):
    def print_age(self):
        print("Mr. %s's age is %s" %(self.name, self.age))
class Woman(Person):
    def print_age(self):
        print("Ms. %s's age is %s" %(self.name, self.age))

def person_age(person):
    person.print_age()

if __name__ == "__main__":
    person = Person("kevin", 23)
    man = Man("Bob", 33)
    woman = Woman("Lily", 28)
    person_age(person)
	person_age(man)
	person_age(woman)

【总结】其实多态也很好理解，就是将不同的对象传到相同的函数，表现不同的形态，这就是多态。

其实python的面向对象还是非常简单的，因为相比其它语言的面向对象简化了很多，python的面向对象讲解就先到这里了，有疑问的小伙伴欢迎给我留言哦，也可以关注我的公众号【大数据与云原生技术交流】深入技术交流~

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