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Python入门篇之面向对象
2016-01-13 11:25:40      个评论      
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面向对象设计与面向对象编程的关系
 
面向对象设计(OOD)不会特别要求面向对象编程语言。事实上,OOD 可以由纯结构化语言来实现,比如 C,但如果想要构造具备对象性质和特点的数据类型,就需要在程序上作更多的努力。当一门语言内建 OO 特性,OO 编程开发就会更加方便高效。另一方面,一门面向对象的语言不一定会强制你写 OO 方面的程序。例如 C++可以被认为“更好的C”;而 Java,则要求万物皆类,此外还规定,一个源文件对应一个类定义。然而,在 Python 中,类和 OOP 都不是日常编程所必需的。尽管它从一开始设计就是面向对象的,并且结构上支持 OOP,但Python 没有限定或要求你在你的应用中写 OO 的代码。OOP 是一门强大的工具,不管你是准备进入,学习,过渡,或是转向 OOP,都可以任意支配。考虑用 OOD 来工作的一个最重要的原因,在于它直接提供建模和解决现实世界问题和情形的途径。
 

 
类是一种数据结构,我们可以用它来定义对象,后者把数据值和行为特性融合在一起。类是现实世界的抽象的实体以编程形式出现。实例是这些对象的具体化。可以类比一下,类是蓝图或者模型,用来产生真实的物体(实例)。类还可以派生出相似但有差异的子类。编程中类的概念就应用了很多这样的特征。在 Python 中,类声明与函数声明很相似,头一行用一个相应的关键字,接下来是一个作为它的定义的代码体,如下所示:

代码如下:


def functionName(args): 
    'function documentation string'  #函数文档字符串 
     function_suite  #函数体 
class ClassName(object): 
    'class documentation string'  #类文档字符串 
     class_suite   #类体  

二者都允许你在他们的声明中创建函数,闭包或者内部函数(即函数内的函数),还有在类中定义的方法。最大的不同在于你运行函数,而类会创建一个对象。类就像一个 Python 容器类型。尽管类是对象(在 Python 中,一切皆对象),但正被定义时,它们还不是对象的实现。
 
创建类 
 
Python 类使用 class 关键字来创建。简单的类的声明可以是关键字后紧跟类名:

代码如下:


class ClassName(bases): 
    'class documentation string' #'类文档字符串' 
    class_suite #类体  

基类是一个或多个用于继承的父类的集合;类体由所有声明语句,类成员定义,数据属性和函数组成。类通常在一个模块的顶层进行定义,以便类实例能够在类所定义
 
的源代码文件中的任何地方被创建。
 
声明与定义 
对于 Python 函数来说,声明与定义类没什么区别,因为他们是同时进行的,定义(类体)紧跟在声明(含 class 关键字的头行[header line])和可选的文档字符串后面。同时,所有的方法也必须同时被定义。如果对 OOP 很熟悉,请注意 Python 并不支持纯虚函数(像 C++)或者抽象方法(如在 JAVA 中),这些都强制程序员在子类中定义方法。作为替代方法,你可以简单地在基类方法中引发 NotImplementedError 异常,这样可以获得类似的效果。
 
类属性
 
属性就是属于另一个对象的数据或者函数元素,可以通过我们熟悉的句点属性标识法来访问。一些 Python 类型比如复数有数据属性(实部和虚部),而另外一些,像列表和字典,拥有方法(函数属性)。

有关属性的一个有趣的地方是,当你正访问一个属性时,它同时也是一个对象,拥有它自己的属性,可以访问,这导致了一个属性链,比如,myThing,subThing,subSubThing.等等
 
类的数据属性
 
数据属性仅仅是所定义的类的变量。它们可以像任何其它变量一样在类创建后被使用,并且,要么是由类中的方法来更新,要么是在主程序其它什么地方被更新。 
这种属性已为 OO 程序员所熟悉,即静态变量,或者是静态数据。它们表示这些数据是与它们所属的类对象绑定的,不依赖于任何类实例。如果你是一位 Java 或 C++程序员,这种类型的数据相当于在一个变量声明前加上 static 关键字。静态成员通常仅用来跟踪与类相关的值。
 
看下面的例子,使用类数据属性(foo):

代码如下:


>>> class c(object):
    foo = 100
>>> print c.foo
100
>>> c.foo+=1
>>> c.foo
101 

方法 
 

代码如下:


>>> class MyClass(object): 
        def myNoActionMethod(self): 
        pass 
>>> mc = MyClass() 
>>> mc.myNoActionMethod()          

任何像函数一样对 myNoActionMethod 自身的调用都将失败:

代码如下:


>>> myNoActionMethod() Traceback (innermost last): 
File "<stdin>", line 1, in ? 
myNoActionMethod() NameError: myNoActionMethod 

甚至由类对象调用此方法也失败了。

代码如下:


>>> MyClass.myNoActionMethod() Traceback (innermost last): 
File "<stdin>", line 1, in ? 
MyClass.myNoActionMethod() 
TypeError: unbound method must be called with class 
instance 1st argument 

绑定(绑定及非绑定方法) 
为与 OOP 惯例保持一致,Python 严格要求,没有实例,方法是不能被调用的。这种限制即 Python所描述的绑定概念(binding),在此,方法必须绑定(到一个实例)才能直接被调用。非绑定的方法可能可以被调用,但实例对象一定要明确给出,才能确保调用成功。然而,不管是否绑定,方法都是它所在的类的固有属性,即使它们几乎总是通过实例来调用的。
 
决定类的属性 
 
要知道一个类有哪些属性,有两种方法。最简单的是使用 dir()内建函数。另外是通过访问类的字典属性__dict__,这是所有类都具备的特殊属性之一。
 
看一下下面的例子:
 

代码如下:


>>> class myclass(object):
    'myclass class definition' #类定义
    myVersion = '1.1'          #静态数据
    def showVesion(self):      #方法
        print myclass.myVersion
        
>>> dir(myclass) 

运行结果:

代码如下:


['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'myVersion', 'showVesion']

使用:

代码如下:


>>> myclass.__dict__ 
dict_proxy({'__module__': '__main__', 'showVesion': <function showVesion at 0x0134C9B0>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'myclass' objects>, 'myVersion': '1.1', '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'myclass' objects>, '__doc__': 'myclass class definition'})

从上面可以看到,dir()返回的仅是对象的属性的一个名字列表,而__dict__返回的是一个字典,它的键(keys)是属性名,键值(values)是相应的属性对象的数据值。 
结果还显示了 MyClass 类中两个熟悉的属性,showMyVersion 和 myVersion,以及一些新的属性。这些属性,__doc__及__module__,是所有类都具备的特殊类属性(另外还有__dict__)。。内建的 vars()函数接受类对象作为参数,返回类的__dict__属性的内容。

特殊的类属性
 
对任何类C,表显示了类C的所有特殊属性:  
C.__name__        类C的名字(字符串) 
C.__doc__         类C的文档字符串 
C.__bases__       类C的所有父类构成的元组 
C.__dict__        类C的属性 
C.__module__      类C定义所在的模块(1.5 版本新增) 
C.__class__       实例C对应的类(仅新式类中)

代码如下:


>>> myclass.__name__
'myclass'
>>> myclass.__doc__
'myclass class definition'
>>> myclass.__bases__
(<type 'object'>,)
>>> print myclass.__dict__
{'__module__': '__main__', 'showVesion': <function showVesion at 0x0134C9B0>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'myclass' objects>, 'myVersion': '1.1', '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'myclass' objects>, '__doc__': 'myclass class definition'}
>>> myclass.__module__
'__main__'
>>> myclass.__class__
<type 'type'> 

实例
 
如果说类是一种数据结构定义类型,那么实例则声明了一个这种类型的变量。实例是那些主要用在运行期时的对象,类被实例化得到实例,该实例的类型就是这个被实例化的类。
 
初始化:通过调用类对象来创建实例
 
Python 的方式更加简单。一旦定义了一个类,创建实例比调用一个函数还容易------不费吹灰之力。实例化的实现,可以使用函数操作符,如下示:
 
>>> class MyClass(object): # define class 定义类 
        pass 
>>> mc = MyClass() # instantiate class 初始化类     
__init__()"构造器"方法 
 
当类被调用,实例化的第一步是创建实例对象。一旦对象创建了,Python 检查是否实现了__init__()方法。默认情况下,如果没有定义(或覆盖)特殊方法__init__(),对实例不会施加任何特别的操作.任何所需的特定操作,都需要程序员实现__init__(),覆盖它的默认行为。
 
如果__init__()没有实现,则返回它的对象,实例化过程完毕。
 
如果__init__()已经被实现,那么它将被调用,实例对象作为第一个参数(self)被传递进去,像标准方法调用一样。调用类时,传进的任何参数都交给了__init__()。实际中,你可以想像成这样:把创建实例的调用当成是对构造器的调用。
 
__new__()“构造器”方法
 
与__init__()相比,__new__()方法更像一个真正的构造器。需要一种途径来实例化不可变对象,比如,派生字符串,数字,等等。在这种情况下,解释器则调用类的__new__()方法,一个静态方法,并且传入的参数是在类实例化操作时生成的。__new__()会调用父类的__new__()来创建对象(向上代理)。__new__()必须返回一个合法的实例。
 
__del__()"解构器"方法 
 
同样,有一个相应的特殊解构器(destructor)方法名为__del__()。然而,由于 Python 具有垃圾对象回收机制(靠引用计数),这个函数要直到该实例对象所有的引用都被清除掉后才会执行。Python 中的解构器是在实例释放前提供特殊处理功能的方法,它们通常没有被实现,因为实例很少被显式释放。
 
注意:Python 没有提供任何内部机制来跟踪一个类有多少个实例被创建了,或者记录这些实例是些什么东西。如果需要这些功能,你可以显式加入一些代码到类定义或者__init__()和__del__()中去。最好的方式是使用一个静态成员来记录实例的个数。靠保存它们的引用来跟踪实例对象是很危险的,因为你必须合理管理这些引用,不然,你的引用可能没办法释放(因为还有其它的引用)!看下面一个例子:
 

代码如下:


>>> class instCt(object):
    count = 0
    def __init__(self):
        instCt.count += 1
    def __del__(self):
        instCt.count -= 1
    def howMany(self):
        return instCt.count
    
>>> a = instCt()
>>> b = instCt()
>>> b.howMany()
2
>>> a.howMany()
2
>>> del b
>>> a.howMany()
1
>>> del a
>>> instCt.count

实例属性
 
设置实例的属性可以在实例创建后任意时间进行,也可以在能够访问实例的代码中进行。构造器__init()__是设置这些属性的关键点之一
 
能够在“运行时”创建实例属性,是 Python 类的优秀特性之一,Python 不仅是动态类型,而且在运行时,允许这些对象属性的动态创建。这种特性让人爱不释
手。当然,创建这样的属性时,必须谨慎。一个缺陷是,属性在条件语句中创建,如果该条件语句块并未被执行,属性也就不存在,而你在后面的代码中试着去访问这些属性,就会有错误发生。
 
默认参数提供默认的实例安装 
在实际应用中,带默认参数的__init__()提供一个有效的方式来初始化实例。在很多情况下,默认值表示设置实例属性的最常见的情况,如果提供了默认值,我们就没必要显式给构造器传值了。
 

代码如下:


>> class HotelRoomCalc(object):
    'hotel room rate calculate'
    def __init__(self, rt, sales = 0.085, rm = 0.1):
        '''HotelRoomCalc default arguments:
                 sales tax == 8.5% and room tax == 10%'''
        self.salesTax = sales
        self.roomTax = rm
        self.roomRate = rt
    def calcTotal(self, days = 1):
        'Calculate total: default to daily rate'
        daily = round((self.roomRate * 14 * (1+self.roomTax + self.salesTax)),2)
        return float(days) * daily

>>> sfo = HotelRoomCalc(299)
>>> sfo.calcTotal()
4960.41
>>> sfo.calcTotal(2)
9920.82
>>> sea = HotelRoomCalc(189, 0.086, 0.085)
>>> sea.calcTotal()
3098.47
>>> sea.calcTotal(4)
12393.88 

函数所有的灵活性,比如默认参数,也可以应用到方法中去。在实例化时,可变长度参数也是一个好的特性
 
__init__()应当返回 None 
采用函数操作符调用类对象会创建一个类实例,也就是说这样一种调用过程返回的对象就是实例,下面示例可以看出:

代码如下:


>>> class MyClass(object):
    pass

>>> mc = MyClass()
>>> mc
<__main__.MyClass object at 0x0134E610> 

如果定义了构造器,它不应当返回任何对象,因为实例对象是自动在实例化调用后返回的。相应地,__init__()就不应当返回任何对象(应当为 None);否则,就可能出现冲突,因为只能返回实例。试着返回非 None 的任何其它对象都会导致 TypeError 异常:
 

代码如下:


>>> class MyClass:
    def __init__(self):
        print 'initialized'
        return 1

>>> mc = MyClass()
initialized
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#86>", line 1, in <module>
    mc = MyClass()
TypeError: __init__() should return None 

查看实例属性 
 
内建函数 dir()可以显示类属性,同样还可以打印所有实例属性:

代码如下:


>>> c = C()
>>> c.foo = 'he'
>>> c.bar = 'isa'
>>> dir(c)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'bar', 'foo'] 

与类相似,实例也有一个__dict__特殊属性(可以调用 vars()并传入一个实例来获取),它是实例属性构成的一个字典:

代码如下:


>>> c.__dict__
{'foo': 'he', 'bar': 'isa'} 

特殊的实例属性
 
实例仅有两个特殊属性。对于任意对象I: 
I.__class__      实例化 I 的类 
I.__dict__       I 的属性

代码如下:


>>> class C(object):
      pass
>>> c = C()
>>> dir(c)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']
>>> c.__dict__
{}
>>> c.__class__
<class '__main__.C'>>>> #可以看到,c还没有属性
>>> c.foo = 1
>>> c.bar = 'ewe'
>>> '%d can of %s please' % (c.foo, c.bar)
'1 can of ewe please'
>>> c.__dict__
{'foo': 1, 'bar': 'ewe'} 

内建类型属性
 
内建类型也是类,对内建类型也可以使用dir(),与任何其它对象一样,可以得到一个包含它属性名字的列表:
 

代码如下:


>>> x = 2 + 2.4j
>>> x.__class__
<type 'complex'>
>>> dir(x)
['__abs__', '__add__', '__class__', '__coerce__', '__delattr__', '__p__', '__pmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floorp__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__int__', '__le__', '__long__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__nonzero__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rp__', '__rpmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloorp__', '__rmod__', '__rmul__', '__rpow__', '__rsub__', '__rtruep__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truep__', 'conjugate', 'imag', 'real'] 

试着访问__dict__会失败,因为在内建类型中,不存在这个属性
 
实例属性 vs 类属性 
 
类属性仅是与类相关的数据值,和实例属性不同,类属性和实例无关。这些值像静态成员那样被引用,即使在多次实例化中调用类,它们的值都保持不变。不管如何,静态成员不会因为实例而改变它们的值,除非实例中显式改变它们的值。类和实例都是名字空间。类是类属性的名字空间,实例则是实例属性的。 
关于类属性和实例属性,还有一些方面需要指出。可采用类来访问类属性,如果实例没有同名的属性的话,你也可以用实例来访问。

访问类属性 
类属性可通过类或实例来访问。下面的示例中,类 C 在创建时,带一个 version 属性,这样通过类对象来访问它是很自然的了,比如,C.version
 

代码如下:


>>> class C(object):
    version = 2

>>> c = C()
>>> C.version
2
>>> c.version
2
>>> C.version += 2
>>> C.version
4
>>> c.version

从实例中访问类属性须谨慎
 
与通常 Python 变量一样,任何对实例属性的赋值都会创建一个实例属性(如果不存在的话)并且对其赋值。如果类属性中存在同名的属性,副作用即产生。
 

代码如下:


>>> class Foo(object):
    x = 1

>>> foo =Foo()
>>> foo.x
1
>>> foo.x = 2
>>> Foo.x

使用del后
 

代码如下:


>>> del foo.x
>>> foo.x

静态成员,如其名所言,任凭整个实例(及其属性)的如何进展,它都不理不采(因此独立于实例)。同时,当一个实例在类属性被修改后才创建,那么更新的值就将生效。类属性的修改会影响到所有的实例:
 

代码如下:


>>> class C(object):
    spam = 11
    
>>> c1 = C()
>>> c1.spam
11
>>> C.spam += 2
>>> C.spam
13
>>> c1.spam
13
>>> c2 = C()
>>> c2.spam
13
>>> del c1
>>> C.spam += 3
>>> c2.spam
16 

正如上面所看到的那样,使用实例属性来试着修改类属性是很危险的。原因在于实例拥有它们自已的属性集,在 Python 中没有明确的方法来指示你想要修改同名的类属性,修改类属性需要使用类名,而不是实例名。
 
静态方法和类方法
 
静态方法和类方法在 Python2.2 中引入。经典类及新式(new-style)类中都可以使用它。一对内建函数被引入,用于将作为类定义的一部分的某一方法声明“标记”(tag),“强制类型转换”(cast)或者“转换”(convert)为这两种类型的方法之一。
 
现在让我们看一下在经典类中创建静态方法和类方法的一些例子:
 

代码如下:


>>> class TestStaticMethod:
    def foo():
        print 'calling static method foo()'
    foo = staticmethod(foo)

>>> class TestClassMethod:
    def foo(cls):
        print 'calling class method foo()'
        print 'foo() is part of class:', cls.__name__
    foo = classmethod(foo) 

对应的内建函数被转换成它们相应的类型,并且重新赋值给了相同的变量名。如果没有调用这两个函数,二者都会在 Python 编译器中产生错误,显示需要带 self 的常规方法声明。
 

代码如下:


>>> tsm = TestStaticMethod()
>>> TestStaticMethod.foo()
calling static method foo()
>>> tsm.foo()
calling static method foo()
>>> tcm = TestClassMethod()
>>> TestClassMethod.foo()
calling class method foo()
foo() is part of class: TestClassMethod
>>> tcm.foo()
calling class method foo()
foo() is part of class: TestClassMethod 

使用函数修饰符:
 
在 Python2.4 中加入的新特征。你可以用它把一个函数应用到另个函数对象上, 而且新函数对象依然绑定在原来的变量。我们正是需要它来整理语法。通过使用 decorators,我们可以避免像上面那样的重新赋值:
 

代码如下:


>>> class TestStaticMethod:
    @staticmethod
    def foo():
        print 'calling static method foo()'

>>> class TestClassMethod:
    @classmethod
    def foo(cls):
        print 'calling class method foo()'
        print 'foo() is part of class:', cls.__name__

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