python-面向对象编程

面向对象编程——Object Oriented Programming,简称OOP,是一种程序设计思想。OOP把对象作为程序的基本单元,一个对象包含了数据和操作数据的函数。
面向过程的程序设计把计算机程序视为一系列的命令集合,即一组函数的顺序执行。为了简化程序设计,面向过程把函数继续切分为子函数,即把大块函数通过切割成小块函数来降低系统的复杂度。

而面向对象的程序设计把计算机程序视为一组对象的集合,而每个对象都可以接收其他对象发过来的消息,并处理这些消息,计算机程序的执行就是一系列消息在各个对象之间传递。

在Python中,所有数据类型都可以视为对象,当然也可以自定义对象。自定义的对象数据类型就是面向对象中的类(Class)的概念。
数据封装、继承和多态是面向对象的三大特点

类和实例

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class Student(object):
pass

class后面紧接着是类名,即Student,类名通常是大写开头的单词,紧接着是(object),表示该类是从哪个类继承下来的,继承的概念我们后面再讲,通常,如果没有合适的继承类,就使用object类,这是所有类最终都会继承的类。

定义好了Student类,就可以根据Student类创建出Student的实例,创建实例是通过类名+()实现的:
可以自由地给一个实例变量绑定属性,
由于类可以起到模板的作用,因此,可以在创建实例的时候,把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的init方法,在创建实例的时候,就把name,score等属性绑上去:

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class Student(object):
def __init__(self, name, score):
self.name = name
self.score = score

注意到init方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在init方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。
和普通的函数相比,在类中定义的函数只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量self,并且,调用时,不用传递该参数。除此之外,类的方法和普通函数没有什么区别,所以,你仍然可以用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。

和静态语言不同,Python允许对实例变量绑定任何数据,也就是说,对于两个实例变量,虽然它们都是同一个类的不同实例,但拥有的变量名称都可能不同

访问限制

如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线__,在Python中,实例的变量名如果以__开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问,所以,我们把Student类改一改:

改完后,对于外部代码来说,没什么变动,但是已经无法从外部访问实例变量__name和实例变量.__score了:

需要注意的是,在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量是可以直接访问的,不是private变量,所以,不能用__name____score__这样的变量名。
有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_name,这样的实例变量外部是可以访问的,但是,按照约定俗成的规定,当你看到这样的变量时,意思就是,“虽然我可以被访问,但是,请把我视为私有变量,不要随意访问”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢?其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name,所以,仍然可以通过_Student__name来访问__name变量:

总的来说就是,Python本身没有任何机制阻止你干坏事,一切全靠自觉。

继承和多态

因为Dog是从Animal继承下来的,当我们创建了一个Dog的实例c时,我们认为c的数据类型是Dog没错,但c同时也是Animal也没错,Dog本来就是Animal的一种!

所以,在继承关系中,如果一个实例的数据类型是某个子类,那它的数据类型也可以被看做是父类。但是,反过来就不行

要理解多态的好处,我们还需要再编写一个函数,这个函数接受一个Animal类型的变量:

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def run_twice(animal):
animal.run()
animal.run()

当我们传入Animal的实例时,run_twice()就打印出:

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>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...

当我们传入Dog的实例时,run_twice()就打印出:

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>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...

当我们传入Cat的实例时,run_twice()就打印出:

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>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...

看上去没啥意思,但是仔细想想,现在,如果我们再定义一个Tortoise类型,也从Animal派生:

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class Tortoise(Animal):
def run(self):
print('Tortoise is running slowly...')

当我们调用run_twice()时,传入Tortoise的实例:

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>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...

你会发现,新增一个Animal的子类,不必对run_twice()做任何修改,实际上,任何依赖Animal作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行,原因就在于多态。

多态的好处就是,当我们需要传入DogCatTortoise……时,我们只需要接收Animal类型就可以了,因为DogCatTortoise……都是Animal类型,然后,按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法,因此,传入的任意类型,只要是Animal类或者子类,就会自动调用实际类型的run()方法,这就是多态的意思:
对于一个变量,我们只需要知道它是Animal类型,无需确切地知道它的子类型,就可以放心地调用run()方法,而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上,由运行时该对象的确切类型决定,这就是多态真正的威力:调用方只管调用,不管细节,而当我们新增一种Animal的子类时,只要确保run()方法编写正确,不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则:

  • 对扩展开放:允许新增Animal子类;
  • 对修改封闭:不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。

静态语言 vs 动态语言

对于静态语言(例如Java)来说,如果需要传入Animal类型,则传入的对象必须是Animal类型或者它的子类,否则,将无法调用run()方法。

对于Python这样的动态语言来说,则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了:

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class Timer(object):
def run(self):
print('Start...')

这就是动态语言的“鸭子类型”,它并不要求严格的继承体系,一个对象只要“看起来像鸭子,走起路来像鸭子”,那它就可以被看做是鸭子。

Python的“file-like object“就是一种鸭子类型。对真正的文件对象,它有一个read()方法,返回其内容。但是,许多对象,只要有read()方法,都被视为“file-like object“。许多函数接收的参数就是“file-like object“,你不一定要传入真正的文件对象,完全可以传入任何实现了read()方法的对象。

获取对象信息

使用type()

  • 基本类型都可以用type()判断:
  • 如果一个变量指向函数或者类,也可以用type()判断
  • 但是type()函数返回的是什么类型呢?它返回对应的Class类型。如果我们要在if语句中判断,就需要比较两个变量的type类型是否相同:
  • 判断基本数据类型可以直接写int,str等,但如果要判断一个对象是否是函数怎么办?可以使用types模块中定义的常量:
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    >>> import types
    >>> def fn():
    ... pass
    ...
    >>> type(fn)==types.FunctionType
    True
    >>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
    True
    >>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
    True

使用isinstance()

对于class的继承关系来说,使用type()就很不方便。我们要判断class的类型,可以使用isinstance()函数。
isinstance()判断的是一个对象是否是该类型本身,或者位于该类型的父继承链上。
能用type()判断的基本类型也可以用isinstance()判断:
并且还可以判断一个变量是否是某些类型中的一种,比如下面的代码就可以判断是否是list或者tuple:

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>>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
True
>>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
True

使用dir()

如果要获得一个对象的所有属性和方法,可以使用dir()函数,它返回一个包含字符串的list,比如,获得一个str对象的所有属性和方法:dir('abc')

类似xxx的属性和方法在Python中都是有特殊用途的,比如len方法返回长度。在Python中,如果你调用len()函数试图获取一个对象的长度,实际上,在len()函数内部,它自动去调用该对象的len()方法,所以,下面的代码是等价的:

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>>> len('ABC')
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>>> 'ABC'.__len__()
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我们自己写的类,如果也想用len(myObj)的话,就自己写一个len()方法:

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>>> class MyDog(object):
... def __len__(self):
... return 100
...
>>> dog = MyDog()
>>> len(dog)
100

仅仅把属性和方法列出来是不够的,配合getattr()setattr()以及hasattr(),我们可以直接操作一个对象的状态:

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>>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗?
True
>>> obj.x
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>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
True
>>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
19
>>> obj.y # 获取属性'y'
19

>>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z',如果不存在,返回默认值404
通过内置的一系列函数,我们可以对任意一个Python对象进行剖析,拿到其内部的数据。要注意的是,只有在不知道对象信息的时候,我们才会去获取对象信息。如果可以直接写:
sum = obj.x + obj.y
就不要写:
sum = getattr(obj, 'x') + getattr(obj, 'y')

实例属性和类属性

在编写程序的时候,千万不要把实例属性和类属性使用相同的名字,因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性,但是当你删除实例属性后,再使用相同的名称,访问到的将是类属性。

@cloudfall