Python基礎(chǔ)-類

@(Python)[python, python基礎(chǔ)]

寫在前面

如非特別說(shuō)明亿昏，下文均基于Python3

摘要
本文重點(diǎn)講述如何創(chuàng)建和使用Python類箫攀，綁定方法與非綁定方法的區(qū)別我注，以及Python的多態(tài)與簡(jiǎn)單繼承。

1. 面向?qū)ο缶幊?/h3>

1.1 對(duì)象和類

面向?qū)ο筮@種思想其實(shí)只是人類思維在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種自然延伸郊闯。程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)F(xiàn)實(shí)世界中事物自然延伸為“對(duì)象”舌涨，事物擁有其屬性和作用，對(duì)象也一樣抓半，擁有屬性以及方法喂急；復(fù)雜的面向?qū)ο蟪绦蚓褪腔谝粋€(gè)個(gè)基本的對(duì)象，相互交織笛求，構(gòu)造一個(gè)完整的對(duì)象生態(tài)廊移。

現(xiàn)實(shí)世界中“類”這個(gè)概念其實(shí)并不顯著，但是也存在探入。類在面向?qū)ο笾惺菍?duì)一個(gè)對(duì)象集合的抽象狡孔，抽象集合中對(duì)象共有的屬性，方法構(gòu)成類蜂嗽。通過(guò)類可以構(gòu)建具體的對(duì)象苗膝。

1.2 一切皆對(duì)象

Python哲學(xué)是

一切皆對(duì)象

在使用Python編程和學(xué)習(xí)時(shí)，需時(shí)刻秉持這一思想植旧。

2. 定義Python類&對(duì)象

2.1 最簡(jiǎn)單的python類

Python類定義的句法很簡(jiǎn)單荚醒，關(guān)鍵字class后接合法類名即可芋类；最簡(jiǎn)單的Python類如下：

class Person:
    pass

類對(duì)象
Python一切皆對(duì)象，類也不例外界阁。Python解釋器在解釋完類定義這段代碼時(shí)，在當(dāng)前作用域創(chuàng)建了一個(gè)類對(duì)象用來(lái)表示該類胖喳，并使用名字Person指向該類對(duì)象泡躯；
使用類對(duì)象，可以進(jìn)行以下操作：

1. 實(shí)例化
2. 屬性引用

實(shí)例化&實(shí)例對(duì)象
實(shí)例化就是用類對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例對(duì)象過(guò)程丽焊，實(shí)例化的結(jié)果是實(shí)例對(duì)象较剃；語(yǔ)法如下：

p = Person()

以上語(yǔ)句在當(dāng)前作用域創(chuàng)建Person類對(duì)象的實(shí)例對(duì)象，并使用名字p指向該對(duì)象技健。

屬性引用
引用對(duì)象的屬性非常簡(jiǎn)單写穴，使用obj.attr的方式就可以引用對(duì)象obj的屬性attr。

2.2 屬性綁定

只有對(duì)象綁定過(guò)屬性之后雌贱，才能引用該屬性啊送。Python是動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，可以在可變對(duì)象創(chuàng)建之后為對(duì)象綁定屬性欣孤。
類對(duì)象的綁定屬性被稱為類變量馋没；實(shí)例對(duì)象的綁定屬性被稱為實(shí)例變量。通常來(lái)說(shuō)降传，實(shí)例變量是對(duì)于每個(gè)實(shí)例都獨(dú)有的數(shù)據(jù)篷朵，而類變量是該類所有實(shí)例共享的屬性和方法。

由于Python是動(dòng)態(tài)語(yǔ)言婆排，因此可以在對(duì)象創(chuàng)建之后修改對(duì)象的信息声旺。
可以在Person類對(duì)象創(chuàng)建之后綁定屬性：

Person.school = 'Whu University'

也可以在Person實(shí)例對(duì)象創(chuàng)建之后綁定屬性：

p = Person()
p.name = 'Richard'
p.age = 20

def print_info(p):
    print(p.name, p.age)

print_info(p)

更多關(guān)于類變量與實(shí)例變量的區(qū)別與聯(lián)系，參考 Python基礎(chǔ)-類變量和實(shí)例變量

3. 封裝

如果在對(duì)象創(chuàng)建之后再根據(jù)需要綁定屬性段只，并且在外部函數(shù)隨意訪問(wèn)實(shí)例對(duì)象的屬性腮猖，那么類機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)就無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)了。在實(shí)踐中翼悴，我們一般在定義類時(shí)就決定了類變量與實(shí)例變量缚够。

3.1 隱藏細(xì)節(jié)

通常來(lái)說(shuō)，對(duì)象的使用者只需要關(guān)心對(duì)象能“做什么”鹦赎，而不需要也不應(yīng)該關(guān)心“怎么做”谍椅，這就是封裝了。按照封裝的思想古话，一個(gè)Python類應(yīng)該向外提供接口雏吭，并隱藏接口實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)：

class Person:
    school = 'Whu University' # 類屬性綁定
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name # 實(shí)例屬性綁定
        self.age = age # 實(shí)例屬性綁定
    
    def print_info(self): # 暴露公共接口
        print(self.name, self.age)

p = Person('Richard', 20)
p.print_info()

如上，將屬性的綁定放到類定義中陪踩，并向外提供了接口杖们。然而不幸的是悉抵，在類外部還是可以引用到類實(shí)例的屬性。

3.2 綁定方法與非綁定方法

通過(guò)直接將print_info打印出來(lái)摘完，可以直觀看到綁定方法與非綁定方法的區(qū)別：

print(Person.print_info) 
print(p.print_info) 

output:

<function Person.print_info at 0x006E2AE0>
<bound method Person.print_info of <__main__.Person object at 0x006E0E10>>

可以看到類對(duì)象Person的函數(shù)print_info是個(gè)function姥饰；而實(shí)例對(duì)象p的方法print_info是個(gè)bound method綁定方法。

也可以查看它們的類型：

print(type(Person.print_info)) # <class 'function'>
print(type(p.print_info)) # <class 'method'>

一般來(lái)說(shuō)孝治，非綁定方法也叫函數(shù)列粪，綁定方法簡(jiǎn)稱方法。綁定方法的綁定谈飒，在于函數(shù)與特定的對(duì)象綁定在了一起岂座。

引用非數(shù)據(jù)屬性的實(shí)例屬性時(shí)，會(huì)搜索它對(duì)應(yīng)的類杭措。如果名字是一個(gè)有效的函數(shù)對(duì)象费什，Python會(huì)將實(shí)例對(duì)象連同函數(shù)對(duì)象打包到一個(gè)抽象的對(duì)象中并且依據(jù)這個(gè)對(duì)象創(chuàng)建方法對(duì)象：這就是被調(diào)用的方法對(duì)象（綁定方法）。當(dāng)使用參數(shù)列表調(diào)用方法對(duì)象時(shí)手素，會(huì)使用實(shí)例對(duì)象以及原有參數(shù)列表構(gòu)建新的參數(shù)列表鸳址，并且使用新的參數(shù)列表調(diào)用函數(shù)對(duì)象。

那么刑桑，以綁定形式調(diào)用方法時(shí)氯质，第一個(gè)參數(shù)不是顯式傳遞的，而是解釋器隱式傳遞的：

p.print_info()

同樣祠斧，也可以通過(guò)調(diào)用綁定方法的函數(shù)版本達(dá)到相同的目的：

Person.print_info(p) # 函數(shù)必須顯式傳遞參數(shù)

3.3 魔法方法__init__

方法__init__是一個(gè)充滿魔力的方法闻察，一般以雙下劃線開頭并且結(jié)尾的方法對(duì)于Python都有特殊的意義，在滿足條件的時(shí)候被調(diào)用琢锋。
__init__就是一個(gè)構(gòu)造方法辕漂，在類對(duì)象的實(shí)例化過(guò)程中被調(diào)用，即在p = Person()這條語(yǔ)句中吴超，Python解釋器自動(dòng)調(diào)用了__init__方法钉嘹。

一般來(lái)說(shuō)，使用__init__方法來(lái)初始化實(shí)例對(duì)象鲸阻，即為實(shí)例對(duì)象綁定屬性跋涣。

3.4 綁定方法參數(shù)self

注意到類Person定義的兩個(gè)方法中都有一個(gè)占據(jù)第一個(gè)參數(shù)位置，名為self的參數(shù)鸟悴。其實(shí)這是一個(gè)特殊參數(shù)：當(dāng)調(diào)用綁定方法時(shí)陈辱，調(diào)用實(shí)例對(duì)象會(huì)被Python解釋器作為第一個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)用綁定方法。

因此细诸，重要的是參數(shù)位置沛贪，在綁定方法中，第一個(gè)參數(shù)總是代表當(dāng)前調(diào)用實(shí)例對(duì)象，與參數(shù)名字無(wú)關(guān)利赋。但是水评，self的字面意思是自身的意思，這個(gè)名字能很好的體現(xiàn)第一個(gè)參數(shù)的實(shí)際意義媚送。

在類中中燥，類的局部作用域與函數(shù)的局部作用域是不能相互訪問(wèn)的，詳見：Python進(jìn)階 - 命名空間與作用域季希。因此褪那，函數(shù)直接只能以對(duì)象引用的方式訪問(wèn)其他屬性，這也是對(duì)外提供的接口都有self參數(shù)的原因式塌。

class Person:
    school = 'Whu University'
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        # print(school) 類屬性school是不能直接訪問(wèn)的，需要用Person.school的形式
    
    def print_info(self): # 如果沒(méi)有self友浸，將訪問(wèn)不到name和age
        print(self.name, self.age)

3.5 私有化

Python并沒(méi)有語(yǔ)法支持屬性的私有化峰尝，但是Python可以使用“名稱變化術(shù)”改變私有屬性的名字：

class Person:
    __school = 'Whu University'
    
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age
    
    def print_info(self):
        print(self.__name, self.__age)

p = Person('Richard', 20)
p.print_info()
print(p.__dict__) # {'_Person__name': 'Richard', '_Person__age': 20}

通常來(lái)說(shuō)，Python解釋器會(huì)將類定義中所有以__開頭的屬性變名收恢，具體變名的規(guī)則由解釋器決定武学，目前的CPython解釋器是在前面加_類名的方式。

誠(chéng)然伦意，仍然可以使用變名后的屬性名火窒，如此處的_Person__name, _Person__age來(lái)訪問(wèn)實(shí)例對(duì)象的屬性，但是通常不建議這么做驮肉。因?yàn)樽兠囊?guī)則是解釋器決定的熏矿，如果變更解釋器，變名可能就不一樣了离钝；再則票编，變名是類作者給類使用者的一個(gè)強(qiáng)力信號(hào)，不建議使用者直接訪問(wèn)屬性卵渴。

一般地慧域，還可以在屬性名前加前綴_，如_name, _age浪读，來(lái)表達(dá)私有屬性昔榴。這種方式不會(huì)引起解釋器的變名，但是發(fā)出了不應(yīng)該直接訪問(wèn)這些屬性的信號(hào)碘橘。同時(shí)互订，這種規(guī)則的屬性不會(huì)被from module import *的方式導(dǎo)入。

4. 多態(tài)

多態(tài)意味著就算不知道變量所引用的對(duì)象的類型蛹屿，還是能夠?qū)λM(jìn)行操作屁奏，而它會(huì)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型的不同表現(xiàn)出不同的行為。

4.1 其他語(yǔ)言的多態(tài)

在一些高級(jí)語(yǔ)言中错负，為實(shí)現(xiàn)多態(tài)坟瓢。首先會(huì)定義一個(gè)接口勇边，然后實(shí)現(xiàn)若干繼承接口的的具體類，以頂層的接口來(lái)引用具體的接口實(shí)現(xiàn)折联，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)的不同表現(xiàn)出不同的行為：

interface Top {
    void bar();
}

class A implements Top {
    public void bar(){
        // implementing of A
    }
}

class B implements Top {
    public void bar(){
        // implementing of B
    }
}

void foo(Top t) {
    t.bar()
}

這里foo方法根據(jù)參數(shù)t實(shí)際類型的不同會(huì)表現(xiàn)出不同的行為粒褒。

4.2 Python的多態(tài)

Python的多態(tài)思想與上面是相同的，但是在實(shí)現(xiàn)上有所不同诚镰。Python中的多態(tài)是基于對(duì)象的行為奕坟，而不像其他語(yǔ)言是基于父類或者接口。Python雖然是強(qiáng)類型語(yǔ)言清笨，但是Python的變量是沒(méi)有類型的月杉，因此Python多態(tài)不需要一個(gè)頂層的接口。只需要實(shí)際的對(duì)象擁有需要的屬性即可：

class FooLike1:
    def wow(self):
        print('foo in FooLike1')
        
class FooLike2:
    def wow(self):
        print('foo in FooLike2')
        
def bar(foo):
    foo.wow()
    
bar(FooLike1()) # foo in FooLike1
bar(FooLike2()) # foo in FooLike2

當(dāng)然參與多態(tài)的對(duì)象有共同父類也是可以的抠艾，重點(diǎn)是都有參與多態(tài)需要的函數(shù)苛萎。Python中的多態(tài)要靈活得多；只要對(duì)象擁有指定方法检号，就可以參與多態(tài)腌歉，這種對(duì)象成為“like”對(duì)象，如和file對(duì)象擁有read方法的對(duì)象是file like對(duì)象齐苛，可以參與到關(guān)于read的多態(tài)中翘盖。

5. 繼承

繼承是一個(gè)懶惰的行為，子類可以不勞而獲從父類獲取必要信息凹蜂。如現(xiàn)在有一個(gè)Person類馍驯，擁有名字和年齡屬性，現(xiàn)在要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Student類炊甲，也有名字和年齡泥彤，并且增加和學(xué)號(hào)信息；通過(guò)繼承卿啡，可以從Person不勞而獲一些信息吟吝。

5.1 如何繼承

Python的繼承語(yǔ)法也很簡(jiǎn)單，只需要在類名后跟括號(hào)颈娜，括號(hào)中寫入要繼承的類即可：

class DerivedClassName(BaseClassName):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

當(dāng)然剑逃，如果是多繼承，在繼承列表里添加即可：

class DerivedClassName(BaseClassName1, BaseClassName2, ..., BaseClassNamen):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

5.1 繼承到了什么

那么官辽，子類到底從父類繼承到了什么呢蛹磺？一個(gè)直觀的例子可以看出：

class Person:
    __school = 'Whu University'
    
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age
    
    def print_info(self):
        print(self.__name, self.__age)

    def test():
        pass

class Student(Person):
    
    def __init__(self):
        pass

print(dir(Student))

s = Student()
print(dir(s))

output:

['_Person__school', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'print_info', 'test']
=======分割線=======
['_Person__school', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'print_info', 'test']

可以看出，子類類對(duì)象繼承到了父類類對(duì)象的所有東西同仆，包括類屬性萤捆，函數(shù)。但是子類實(shí)例對(duì)象沒(méi)有繼承到父類實(shí)力對(duì)象的實(shí)例屬性，即 __name和__age沒(méi)有繼承到俗或。

我們說(shuō)過(guò)市怎，屬性只有綁定之后才能引用，顯然辛慰，在子類中沒(méi)有調(diào)用父類的__init__方法区匠，父類的實(shí)例對(duì)象的屬性自然沒(méi)有初始化；因此只要在子類中調(diào)用父類的構(gòu)造方法帅腌，就可以繼承到實(shí)例屬性了：

class Student(Person):
    
    def __init__(self, name, age, stu_id):
        self.stu_id = stu_id
        super().__init__(name, age)

子類如何初始化父類是一個(gè)大問(wèn)題驰弄，單繼承比較簡(jiǎn)單，涉及到多繼承的初始化就比較復(fù)雜了速客。

5.2 獲取繼承關(guān)系

Python有兩個(gè)可以判斷繼承關(guān)系的內(nèi)建函數(shù)：

• 使用isinstance()檢查實(shí)例的類型：isinstance(obj, int)戚篙，當(dāng)且僅當(dāng)obj.class是int或者派生與int的類時(shí)，返回True
• 使用issubclass()檢查類的繼承關(guān)系：issubclass(bool, int)返回True溺职，因?yàn)閎ool是int的子類已球。然而issubclass(float, int)返回False，因?yàn)閒loat不是int的子類辅愿。