简明Python教程学习笔记_6_面向对象编程

简介

类和对象是面向对象编程的两个主要方面。类创建一个新类型，而对象这个类的 实例 。这类似于你有一个int类型的变量，这存储整数的变量是int类的实例（对象）。

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。
对象：          通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。
实例化：      创建一个类的实例，类的具体对象。
方法：          类中定义的函数。
数据成员：  类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
方法重载：  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），重载。
实例变量：  定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
类变量：      类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。

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。

给C/C++/Java/C#程序员的注释
注意，即便是整数也被作为对象（属于int类）。这和C++、Java（1.5版之前）把整数纯粹作为类型是不同的。通过help(int)了解更多这个类的详情。 C#和Java 1.5程序员会熟悉这个概念，因为它类似与封装与解封装 的概念。

对象可以使用普通的 属于 对象的变量存储数据。属于一个对象或类的变量被称为域。对象也可以使用 属于 类的函数来具有功能。这样的函数被称为类的方法。这些术语帮助我们把它们与孤立的函数和变量区分开来。域和方法可以合称为类的属性。

域有两种类型——属于每个实例/类的对象或属于类本身。它们分别被称为实例变量和类变量。

类使用class关键字创建。类的域和方法被列在一个缩进块中。

在Python类中定义的方法通常有三种：实例方法、类方法、静态方法。
这三者之间的区别是:

实例方法：一般都以self作为第一个参数，必须和具体的对象实例进行绑定才能访问，
类方法    ：以cls作为第一个参数，cls表示类本身，定义时使用@classmethod，那么通过cls引用的必定是类对象的属性和方法；
静态方法：不需要默认的任何参数，跟一般的普通函数类似.定义的时候使用@staticmethod，静态方法中不需要额外定义参数，因此在静态方法中引用类属性的话，必须通过类对象来引用。

而实例方法的第一个参数是实例对象self，那么通过self引用的可能是类属性、也有可能是实例属性（这个需要具体分析）

不过在存在相同名称的类属性和实例属性的情况下，实例属性优先级更高。

可以直接在类外通过对象名访问，如果想定义成私有的，则需在前面加2个下划线 ' __'
构造方法__init__()方法是一种特殊的方法，被称为类的构造函数或初始化方法，当创建了这个类的实例时就会调用该方法.
构造方法支持重载，如果用户自己没有重新定义构造方法，系统就自动执行默认的构造方法。
析构方法__del__(self)在释放对象时调用，支持重载，可以在里面进行一些释放资源的操作，不需要显示调用。

创建实例对象
要创建一个类的实例，你可以使用类的名称，并通过__init__方法接受参数。
"创建 Employee 类的第一个对象"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"创建 Employee 类的第二个对象"
emp2 = Employee("Manni", 5000)
访问属性
使用点(.)来访问对象的属性。使用如下类的名称访问类变量:
emp1.displayEmployee()
你可以添加，删除，修改类的属性，如下所示：
emp1.age = 7 # 添加一个 'age' 属性
emp1.age = 8 # 修改 'age' 属性
del emp1.age # 删除 'age' 属性
getattr(obj, name[, default]) : 访问对象的属性。
hasattr(obj,name) : 检查是否存在一个属性。
setattr(obj,name,value) : 设置一个属性。如果属性不存在，会创建一个新属性。
delattr(obj, name) : 删除属性。
Python内置类属性
__dict__ : 类的属性（包含一个字典，由类的数据属性组成）
__doc__ :类的文档字符串
__name__: 类名
__module__: 类定义所在的模块（类的全名是'__main__.className'，
如果类位于一个导入模块mymod中，那么className.__module__ 等于 mymod）
__bases__ : 类的所有父类构成元素（包含了以个由所有父类组成的元组）
python对象销毁(垃圾回收)
在Python内部记录着所有使用中的对象各有多少引用。
一个内部跟踪变量，称为一个引用计数器。当对象被创建时， 就创建了一个引用计数， 当这个对象不再需要时， 
也就是说， 这个对象的引用计数变为0 时，它被垃圾回收。但是回收不是"立即"的， 
由解释器在适当的时机，将垃圾对象占用的内存空间回收。

self

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别——它们必须有一个额外的第一个参数名称，但是在调用这个方法的时候你不为这个参数赋值，Python会提供这个值。这个特别的变量指对象本身，按照惯例它的名称是self。

虽然你可以给这个参数任何名称，但是 强烈建议 你使用self这个名称——其他名称都是不赞成你使用的。使用一个标准的名称有很多优点——你的程序读者可以迅速识别它，如果使用self的话，还有些IDE（集成开发环境）也可以帮助你。

给C++/Java/C#程序员的注释
Python中的self等价于C++中的self指针和Java、C#中的this参考。

你一定很奇怪Python如何给self赋值以及为何你不需要给它赋值。举一个例子会使此变得清晰。假如你有一个类称为MyClass和这个类的一个实例MyObject。当你调用这个对象的方法MyObject.method(arg1, arg2)的时候，这会由Python自动转为MyClass.method(MyObject, arg1, arg2)——这就是self的原理了。

这也意味着如果你有一个不需要参数的方法，你还是得给这个方法定义一个self参数。

创建一个类

#!/usr/bin/python
# Filename: simplestclass.py

class Person:
    pass # An empty block

p = Person()
print p

输出

$ python simplestclass.py
<__main__.Person instance at 0xf6fcb18c>

它如何工作

我们使用class语句后跟类名，创建了一个新的类。这后面跟着一个缩进的语句块形成类体。在这个例子中，我们使用了一个空白块，它由pass语句表示。

接下来，我们使用类名后跟一对圆括号来创建一个对象/实例。（我们将在下面的章节中学习更多的如何创建实例的方法）。为了验证，我们简单地打印了这个变量的类型。它告诉我们我们已经在__main__模块中有了一个Person类的实例。

可以注意到存储对象的计算机内存地址也打印了出来。这个地址在你的计算机上会是另外一个值，因为Python可以在任何空位存储对象。

使用对象的方法

#!/usr/bin/python
# Filename: method.py

class Person:
    def sayHi(self):
        print 'Hello, how are you?'

p = Person()
p.sayHi()

# This short example can also be written as Person().sayHi()

输出

$ python method.py
Hello, how are you?

它如何工作

这里我们看到了self的用法。注意sayHi方法没有任何参数，但仍然在函数定义时有self。

__init__方法

在Python的类中有很多方法的名字有特殊的重要意义。现在我们将学习__init__方法的意义。

__init__方法在类的一个对象被建立时，马上运行。这个方法可以用来对你的对象做一些你希望的 初始化 。注意，这个名称的开始和结尾都是双下划线__init__方法

#!/usr/bin/python
# Filename: class_init.py

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def sayHi(self):
        print 'Hello, my name is', self.name

p = Person('Swaroop')
p.sayHi()

# This short example can also be written as Person('Swaroop').sayHi()

输出

$ python class_init.py
Hello, my name is Swaroop

它如何工作

这里，我们把__init__方法定义为取一个参数name（以及普通的参数self）。在这个__init__里，我们只是创建一个新的域，也称为name。注意它们是两个不同的变量，尽管它们有相同的名字。点号使我们能够区分它们。

最重要的是，我们没有专门调用__init__方法，只是在创建一个类的新实例的时候，把参数包括在圆括号内跟在类名后面，从而传递给__init__方法。这是这种方法的重要之处。

现在，我们能够在我们的方法中使用self.name域。这在sayHi方法中得到了验证。

给C++/Java/C#程序员的注释
__init__方法类似于C++、C#和Java中的 constructor 。 

类与对象的方法

我们已经讨论了类与对象的功能部分，现在我们来看一下它的数据部分。事实上，它们只是与类和对象的名称空间 绑定 的普通变量，即这些名称只在这些类与对象的前提下有效。

有两种类型的 域 ——类的变量和对象的变量，它们根据是类还是对象 拥有 这个变量而区分。

类的变量 由一个类的所有对象（实例）共享使用。只有一个类变量的拷贝，所以当某个对象对类的变量做了改动的时候，这个改动会反映到所有其他的实例上。

对象的变量 由类的每个对象/实例拥有。因此每个对象有自己对这个域的一份拷贝，即它们不是共享的，在同一个类的不同实例中，虽然对象的变量有相同的名称，但是是互不相关的。通过一个例子会使这个易于理解。

使用类与对象的变量

#!/usr/bin/python

# Filename: objvar.py

class Person:
    '''Represents a person.'''
    population = 0

    def __init__(self, name):
        '''Initializes the person's data.'''
        self.name = name
        print '(Initializing %s)' % self.name

        # When this person is created, he/she
        # adds to the population
        Person.population += 1

    def __del__(self):
        '''I am dying.'''
        print '%s says bye.' % self.name

        Person.population -= 1

        if Person.population == 0:
            print 'I am the last one.'
        else:
            print 'There are still %d people left.'% Person.population

    def sayHi(self):
        '''Greeting by the person.

        Really, that's all it does.'''
        print 'Hi, my name is %s.' % self.name

    def howMany(self):
        '''Prints the current population.'''
        if Person.population == 1:
            print 'I am the only person here.'
        else:
            print 'We have %d persons here.'% Person.population

swaroop = Person('Swaroop')
swaroop.sayHi()
swaroop.howMany()

kalam = Person('Abdul Kalam')
kalam.sayHi()
kalam.howMany()

swaroop.sayHi()
swaroop.howMany()

输出

$ python objvar.py
(Initializing Swaroop)
Hi, my name is Swaroop.
I am the only person here.
(Initializing Abdul Kalam)
Hi, my name is Abdul Kalam.
We have 2 persons here.
Hi, my name is Swaroop.
We have 2 persons here.
Abdul Kalam says bye.
There are still 1 people left.
Swaroop says bye.
I am the last one.

它如何工作

这是一个很长的例子，但是它有助于说明类与对象的变量的本质。这里，population属于Person类，因此是一个类的变量。name变量属于对象（它使用self赋值）因此是对象的变量。

观察可以发现__init__方法用一个名字来初始化Person实例。在这个方法中，我们让population增加1，这是因为我们增加了一个人。同样可以发现，self.name的值根据每个对象指定，这表明了它作为对象的变量的本质。

记住，你只能使用self变量来参考同一个对象的变量和方法。这被称为 属性参考 。

在这个程序中，我们还看到docstring对于类和方法同样有用。我们可以在运行时使用Person.__doc__和Person.sayHi.__doc__来分别访问类与方法的文档字符串。

就如同__init__方法一样，还有一个特殊的方法__del__，它在对象消逝的时候被调用。对象消逝即对象不再被使用，它所占用的内存将返回给系统作它用。在这个方法里面，我们只是简单地把Person.population减1。

当对象不再被使用时，__del__方法运行，但是很难保证这个方法究竟在 什么时候 运行。如果你想要指明它的运行，你就得使用del语句，就如同我们在以前的例子中使用的那样。

给C++/Java/C#程序员的注释
Python中所有的类成员（包括数据成员）都是 公共的 ，所有的方法都是 有效的 。
只有一个例外：如果你使用的数据成员名称以 双下划线前缀 比如__privatevar，Python的名称管理体系会有效地把它作为私有变量。
这样就有一个惯例，如果某个变量只想在类或对象中使用，就应该以单下划线前缀。而其他的名称都将作为公共的，可以被其他类/对象使用。记住这只是一个惯例，并不是Python所要求的（与双下划线前缀不同）。
同样，注意__del__方法与 destructor 的概念类似。 

继承

面向对象的编程带来的主要好处之一是代码的重用，实现这种重用的方法之一是通过 继承 机制。继承完全可以理解成类之间的类型和子类型 关系。

假设你想要写一个程序来记录学校之中的教师和学生情况。他们有一些共同属性，比如姓名、年龄和地址。他们也有专有的属性，比如教师的薪水、课程和假期，学生的成绩和学费。

你可以为教师和学生建立两个独立的类来处理它们，但是这样做的话，如果要增加一个新的共有属性，就意味着要在这两个独立的类中都增加这个属性。这很快就会显得不实用。

一个比较好的方法是创建一个共同的类称为SchoolMember然后让教师和学生的类 继承 这个共同的类。即它们都是这个类型（类）的子类型，然后我们再为这些子类型添加专有的属性。

使用这种方法有很多优点。如果我们增加/改变了SchoolMember中的任何功能，它会自动地反映到子类型之中。例如，你要为教师和学生都增加一个新的身份证域，那么你只需简单地把它加到SchoolMember类中。然而，在一个子类型之中做的改动不会影响到别的子类型。另外一个优点是你可以把教师和学生对象都作为SchoolMember对象来使用，这在某些场合特别有用，比如统计学校成员的人数。一个子类型在任何需要父类型的场合可以被替换成父类型，即对象可以被视作是父类的实例，这种现象被称为多态现象。

另外，我们会发现在 重用 父类的代码的时候，我们无需在不同的类中重复它。而如果我们使用独立的类的话，我们就不得不这么做了。

在上述的场合中，SchoolMember类被称为 基本类 或 超类 。而Teacher和Student类被称为导出类 或子类 。

现在，我们将学习一个例子程序。

使用继承

#!/usr/bin/python
# Filename: inherit.py

class SchoolMember:
  '''Represents any school member.'''
  def __init__(self, name, age):
    self.name = name
    self.age = age
    print '(Initialized SchoolMember: %s)'% self.name

  def tell(self):
    '''Tell my details.'''
    print 'Name:"%s" Age:"%s"' % (self.name, self.age),

class Teacher(SchoolMember):
  '''Represents a teacher.'''
  def __init__(self, name, age, salary):
    SchoolMember.__init__(self, name, age)
    self.salary = salary
    print '(Initialized Teacher: %s)'% self.name

  def tell(self):
    SchoolMember.tell(self)
    print 'Salary: "%d"' % self.salary

class Student(SchoolMember):
  '''Represents a student.'''
  def __init__(self, name, age, marks):
    SchoolMember.__init__(self, name, age)
    self.marks = marks
    print '(Initialized Student: %s)'% self.name

  def tell(self):
    SchoolMember.tell(self)
    print 'Marks: "%d"' % self.marks

t = Teacher('Mrs. Shrividya', 40,30000)
s = Student('Swaroop', 22,75)

print # prints a blank line

members = [t, s]
for member in members:
  member.tell() # works for both Teachers and Students

输出

$ python inherit.py
(Initialized SchoolMember: Mrs. Shrividya)
(Initialized Teacher: Mrs. Shrividya)
(Initialized SchoolMember: Swaroop)
(Initialized Student: Swaroop)

Name:"Mrs. Shrividya" Age:"40" Salary: "30000"
Name:"Swaroop" Age:"22" Marks: "75"

它如何工作

为了使用继承，我们把基本类的名称作为一个元组跟在定义类时的类名称之后。然后，我们注意到基本类的__init__方法专门使用self变量调用，这样我们就可以初始化对象的基本类部分。这一点十分重要——Python不会自动调用基本类的constructor，你得亲自专门调用它。

我们还观察到我们在方法调用之前加上类名称前缀，然后把self变量及其他参数传递给它。

注意，在我们使用SchoolMember类的tell方法的时候，我们把Teacher和Student的实例仅仅作为SchoolMember的实例。

另外，在这个例子中，我们调用了子类型的tell方法，而不是SchoolMember类的tell方法。可以这样来理解，Python总是首先查找对应类型的方法，在这个例子中就是如此。如果它不能在导出类中找到对应的方法，它才开始到基本类中逐个查找。基本类是在类定义的时候，在元组之中指明的。

一个术语的注释——如果在继承元组中列了一个以上的类，那么它就被称作 多重继承 。

继承语法 :
class 派生类名（基类名）：//... 基类名写作括号里，基本类是在类定义的时候，在元组之中指明的。
在python中继承中的一些特点：
1：在继承中基类的构造（__init__()方法）不会被自动调用，它需要在其派生类的构造中亲自专门调用。
2：在调用基类的方法时，需要加上基类的类名前缀，且需要带上self参数变量。区别于在类中调用普通函数时并不需要带上self参数
3：Python总是首先查找对应类型的方法，如果它不能在派生类中找到对应的方法，它才开始到基类中逐个查找。
    （先在本类中查找调用的方法，找不到才去基类中找）。   如果在继承元组中列了一个以上的类，那么它就被称作"多重继承" 。

语法：
派生类的声明，与他们的父类类似，继承的基类列表跟在类名之后，如下所示：
class SubClassName (ParentClass1[, ParentClass2, ...]):
   'Optional class documentation string'
   class_suite

#coding=utf-8
#!/usr/bin/python
class Parent: # 定义父类
    parentAttr = 100
    def __init__(self):
        print "调用父类构造函数"
    def parentMethod(self):
        print '调用父类方法'
    def setAttr(self, attr):
        Parent.parentAttr = attr
    def getAttr(self):
        print "父类属性 :", Parent.parentAttr
        
class Child(Parent): # 定义子类
    def __init__(self):
        print "调用子类构造方法"
    def childMethod(self):
        print '调用子类方法 child method'
        
c = Child() # 实例化子类
c.childMethod() # 调用子类的方法
c.parentMethod() # 调用父类方法
c.setAttr(200) # 再次调用父类的方法
c.getAttr() # 再次调用父类的方法


以上代码执行结果如下：
调用子类构造方法
调用子类方法 child method
调用父类方法
父类属性 : 200


你可以继承多个类
class A: # 定义类 A
    .....
class B: # 定义类 B
    .....
class C(A, B): # 继承类 A 和 B
    .....
你可以使用issubclass()或者isinstance()方法来检测。
issubclass() - 布尔函数判断一个类是另一个类的子类或者子孙类，语法：issubclass(sub,sup)
isinstance(obj, Class) 布尔函数如果obj是Class类的实例对象或者是一个Class子类的实例对象则返回true。
方法重写
如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法：
实例：
#coding=utf-8
#!/usr/bin/python
class Parent: # 定义父类
    def myMethod(self):
        print '调用父类方法'
        
class Child(Parent): # 定义子类
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


执行以上代码输出结果如下：
调用子类方法
基础重载方法
下表列出了一些通用的功能，你可以在自己的类重写：
序号  方法,                          描述 & 简单的调用
1     __init__ ( self [,args...] )   构造函数  简单的调用方法: obj = className(args)
2     __del__( self )                析构方法, 删除一个对象  简单的调用方法 : dell obj
3     __repr__( self )               转化为供解释器读取的形式  简单的调用方法 : repr(obj)
4     __str__( self )                用于将值转化为适于人阅读的形式  简单的调用方法 : str(obj)
5     __cmp__ ( self, x )            对象比较   简单的调用方法 : cmp(obj, x)   运算符重载


Python同样支持运算符重载，实例如下：
#!/usr/bin/python
class Vector:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
    def __str__(self):
        return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
    def __add__(self,other):
        return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)


v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print v1 + v2
以上代码执行结果如下所示:
Vector(7,8)


类属性与方法
  类的私有属性
    __private_attrs：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类地外部被使用或直接访问。
    在类内部的方法中使用时 self.__private_attrs。
  类的方法
    在类地内部，使用def关键字可以为类定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数self,且为第一个参数
  类的私有方法
    __private_method： 两个下划线开头，声明该方法为私有方法，不能在类地外部调用。在类的内部调用 slef.__private_methods


#coding=utf-8
#!/usr/bin/python
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


Python 通过改变名称来包含类名:
1 2 2
Traceback (most recent call last):
File "test.py", line 17, in <module>
print counter.__secretCount # 报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: JustCounter instance has no attribute '__secretCount'
Python不允许实例化的类访问私有数据，但你可以使用 object._className__attrName 访问属性，将如下代码替
换以上代码的最后一行代码：
.........................
print counter._JustCounter__secretCount
执行以上代码，执行结果如下：
1 2 2 2