python3 面向对象的理解和作用

avatar 2020年5月30日23:06:19 评论 945 次浏览

一、对面向对象的理解

1、面向对象的编程---object oriented programming
简称:OOP,是一种编程的思想。OOP把对象当成一个程序的基本单元,一个对象包含了数据和操作数据的函数。面向对象的出现极大的提高了编程的效率,使其编程的重用性增高。

2、python面向对象的重要术语:

  1、多态(polymorphism):一个函数有多种表现形式,调用一个方法有多种形式,但是表现出的方法是不一样的。
  2、继承(inheritance)子项继承父项的某些功能,在程序中表现某种联系
  3、封装(encapsulation)把需要重用的函数或者功能封装,方便其他程序直接调用
  4、类:对具有相同数据或者方法的一组对象的集合
  5、对象:对象是一个类的具体事例
  6、实例化:是一个对象事例话的实现
  7、标识:每个对象的事例都需要一个可以唯一标识这个事例的标记
  8、实例属性:一个对象就是一组属性的集合
  9、事例方法:所有存取或者更新对象某个实例一条或者多条属性函数的集合。
  10、类属性:属于一个类中所有对象的属性,
  11、类方法:那些无须特定的对性实例就能够工作的从属于类的函数。

3、函数和面向对象编程的区别

相同点:都是把程序进行封装、方便重复利用,提高效率。
不同点:函数重点是用于整体调用,一般用于一段不可更改的程序。仅仅是解决代码重用性的问题。
而面向对象除了代码重用性。还包括继承、多态等。使用上更加灵活。

二、封装、继承、多态

1、封装(Encapsulation)

封装,顾名思义就是将内容封装到某个地方,以后再去调用被封装在某处的内容。
对于面向对象的封装来说,其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中,然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

class Foo:
 
    def __init__(self, name, age ,gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender
 
    def eat(self):
        print "%s,%s岁,%s,吃奶" %(self.name, self.age, self.gender)
 
    def he(self):
        print "%s,%s岁,%s,喝水" %(self.name, self.age, self.gender)
 
    def shui(self):
        print "%s,%s岁,%s,睡觉" %(self.name, self.age, self.gender)
 
a = Foo('jack', 10, '男')
a.eat()
a.he()
a.shui()
 
b = Foo('rose', 11, '女')
b.eat()
b.he()
b.shui()

二、封装、继承、多态

1、封装(Encapsulation)

封装,顾名思义就是将内容封装到某个地方,以后再去调用被封装在某处的内容。
对于面向对象的封装来说,其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中,然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容。

错误示例:
class Person(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @staticmethod  # 把eat方法变为静态方法
    def eat(self):
        print("%s is eating" % self.name)
d = Person("xiaoming")
d.eat()  
 
##############

结果:

TypeError: eat() missing 1 required positional argument: 'self'

因为用静态方法把eat这个方法与Person这个类截断了,eat方法就没有了类的属性了,所以获取不到self.name这个变量。

正确示例:

class Person(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @staticmethod  # 把eat方法变为静态方法
    def eat(x):
        print("%s is eating" % x)
d = Person("xiaoming")
d.eat("jack")   
#就把eat方法当作一个独立的函数给他传参就行了

2、类方法  (用这个装饰器来表示 @classmethod)

类方法只能访问类变量,不能访问实例变量

看个例子:

错误示例:

class Person(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @classmethod  # 把eat方法变为类方法
    def eat(self):
        print("%s is eating" % self.name)
 
d = Person("xiaoming")
d.eat()  
 
###########   
结果: 
AttributeError: type object 'Person' has no attribute 'name'

因为self.name这个变量是实例化这个类传进去的,类方法是不能访问实例变量的,只能访问类里面定义的变量

class Person(object):
    name="杰克"
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @classmethod  # 把eat方法变为类方法
    def eat(self):
        print("%s is eating" % self.name)
d = Pers

3、属性方法 (用这个装饰器表示 @property)
把一个方法变成一个静态属性,属性就不用加小括号那样的去调用了:

看个小例子:
错误示例:

class Person(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @property  # 把eat方法变为属性方法
    def eat(self):
        print("%s is eating" % self.name)
d = Person("xiaoming")
d.eat()  
########## 
结果: 
TypeError: 'NoneType' object is not callable

因为eat此时已经变成一个属性了, 不是方法了, 想调用已经不需要加()号了,直接d.eat就可以了

class Person(object):
 
    def __init__(self, name):
        self.name = name
 
    @property  # 把eat方法变为属性方法
    def eat(self):
        print("%s is eating" % self.name)
 
 
d = Person("xiaoming")
d.eat

四、高级面向对象

1、成员修饰符
python的类中只有私有成员和公有成员两种,不像c++中的类有公有成员(public),私有成员(private)和保护成员(protected).并且python中没有关键字去修饰成员,默认python中所有的成员都是公有成员,但是私有成员是以两个下划线开头的名字标示私有成员,私有成员不允许直接访问,只能通过内部方法去访问,私有成员也不允许被继承。

class b(a):
    def __init__(self,name):
        self.name=name
        self.__age=18
        super(b,self).__init__()  # 这一行会报错
    def show(self):
        print(self.name)
        print(self.__age)
        print(self.ge)
        print(self.__gene)  # 这一行也会报错
obj=b("xiaoming")
print(obj.name)
print(obj.ge)
# print(obj.__gene)  # 这个也会报错
obj.show()
上面就是类里面的私有成员了。

2、特殊成员

1.__init__

__init__方法可以简单的理解为类的构造方法(实际并不是构造方法,只是在类生成对象之后就会被执行),之前已经在上一篇博客中说明过了。/

2.__del__

__del__方法是类中的析构方法,当对象消亡的时候(被解释器的垃圾回收的时候会执行这个方法)这个方法默认是不需要写的,不写的时候,默认是不做任何操作的。因为你不知道对象是在什么时候被垃圾回收掉,所以,除非你确实要在这里面做某些操作,不然不要自定义这个方法。

3.__call__

__call__方法在类的对象被执行的时候(obj()或者 类()())会执行。

4.__int__

__int__方法,在对象被int()包裹的时候会被执行,例如int(obj)如果obj对象没有、__int__方法,那么就会报错。在这个方法中返回的值被传递到int类型中进行转换。

5.__str__

__str__方法和int方法一样,当对象被str(obj)包裹的时候,如果对象中没有这个方法将会报错,如果有这个方法,str()将接收这个方法返回的值在转换成字符串。

6.__add__

__add__方法在两个对象相加的时候,调用第一个对象的__add__方法,将第二个对象传递进来,至于怎么处理以及返回值,那是程序员自定义的,就如下面的例子:

class abc:
    def __init__(self,age):
        self.age=age
    def __add__(self,obj):
        return self.age+obj.age
a1=abc(18)
a2=abc(20)
print(a1+a2)
#执行结果:38

7.__dict__

__dict__方法在类里面有,在对象里面也有,这个方法是以字典的形式列出类或对象中的所有成员。就像下面的例子:

class abc:
    def __init__(self,age):
        self.age=age
    def __add__(self,obj):
        return self.age+obj.age
a1=abc(18)
print(abc.__dict__)
print(a1.__dict__)
#执行结果:
{'__add__': <function abc.__add__ at 0x0000020666C9E2F0>, '__module__': '__main__', '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'abc' objects>, '__init__': <function abc.__init__ at 0x0000020666C9E268>, '__doc__': None, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'abc' objects>}
{'age': 18}

8.__getitem__ __setitem__ __delitem__

__getitem__方法匹配 对象[索引] 这种方式,__setitem__匹配 对象[索引]=value 这种方式,__delitem__匹配 del 对象[索引] 这种方式,例子如下:

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def __getitem__(self, item):  # 匹配:对象[item]这种形式
        return item+10
    def __setitem__(self, key, value):  # 匹配:对象[key]=value这种形式
        print(key,value)
    def __delitem__(self, key):  # 匹配:del 对象[key]这种形式
        print(key)
 
li=Foo("alex",18)
print(li[10])
li[10]=100
del li[10]
执行结果:
20
10 100
10

9.__getslice__ __setslice__ __delslice__

这三种方式在python2.7中还存在,用来对对象进行切片的,但是在python3之后,将这些特殊方法给去掉了,统一使用上面的方式对对象进行切片,因此在使用__getitem__ __setitem__ 这两个方法之前要先判断传递进参数的类型是不是slice对象。例子如下:

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
        self.li=[1,2,3,4,5,6,7]
    def __getitem__(self, item):  # 匹配:对象[item]这种形式
        if isinstance(item,slice):  # 如果是slice对象,返回切片后的结果
            return self.li[item]  # 返回切片结果
        elif isinstance(item,int):  # 如果是整形,说明是索引
            return item+10
    def __setitem__(self, key, value):  # 匹配:对象[key]=value这种形式
        print(key,value)
    def __delitem__(self, key):  # 匹配:del 对象[key]这种形式
        print(key)
    def __getslice__(self,index1,index2):
        print(index1,index2)
 
li=Foo("alex",18)
print(li[3:5])
#执行结果:
[4, 5]

10.__iter__

for 循环的对象如果是一个可迭代的对象,那么会先执行对象中的__iter__方法,获取到迭代器,然后再执行迭代器中的__next__方法获取数据。如果for循环的是一个迭代器,那么直接执行迭代器中的__next__方法。

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def __iter__(self):
        return iter([1,2,3,4,5])  # 返回的是一个迭代器
li=Foo("alex",18)
 
# 1.如果类中有__iter__方法,他的对象就是可迭代对象
# 2.对象.__iter()的返回值是一个迭代器
# 3.for循环的如果是迭代器,直接执行.next方法
# 4.for循环的如果是可迭代对象,先执行对象.__iter(),获取迭代器再执行next
 
for i in li:
    print(i)
#执行结果:
1
2
3
4
5

11.isinstance和issubclass

之前讲过isinstance可以判断一个变量是否是某一种数据类型,其实,isinstance不只可以判断数据类型,也可以判断对象是否是这个类的对象或者是这个类的子类的对象,代码如下:

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
class Son(Foo):
    pass
obj=Son("xiaoming",18)
print(isinstance(obj,Foo))
执行结果:True
issubclass用来判断一个类是否是某个类的子类,返回的是一个bool类型数据,代码如下:

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
class Son(Foo):
    pass
obj=Son("xiaoming",18)
print(issubclass(Son,Foo))
执行结果:True

3、类与对象

__new__和__metaclass__

在python中,一切皆对象,我们定义的类其实。。。也是一个对象,那么,类本身是谁的对象呢?在python2.2之前(或者叫经典类中),所有的类,都是class的对象,但是在新式类中,为了将类型(int,str,float等)和类统一,所以,所有的类都是type类型的对象。当然,这个规则可以被修改,在类中有一个属性 __metaclass__ 可以指定当前类该由哪个类进行实例化。而创建对象过程中,其实构造器不是__init__方法,而是__new__方法,这个方法会返回一个对象,这才是对象的构造器。下面是一个解释类实例化对象内部实现过程的代码段:

class Mytype(type):
    def __init__(self, what, bases=None, dict=None):
        super(Mytype,self).__init__(what, bases, dict)
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        obj=self.__new__(self)
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        return obj
class Foo:
    __metaclass__=Mytype
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        return object.__new__(cls)
obj=Foo("xiaoming",18)
print(obj.name,obj.age)
执行结果:xiaoming 18

4、异常处理

python中使用try except finally组合来实现异常扑捉,不像java中是使用try catch finally......其中,except中的Exception是所有异常的父类,下面是一个异常处理的示例:

try:
    int("aaa")  #可能出现异常的代码
except IndexError as e:  # 捕捉索引异常的子异常,注意,这里的as e在老版本的py中可以写成,e但是新版本中用as e,",e"未来可能会淘汰
    print("IndexError:",e)
except ValueError as e:  # 捕捉value错误的子异常
    print("ValueError:",e)
except Exception as e:  # 如果上面两个异常没有捕获到,那么使用Exception捕获,Exception能够捕获所有的异常
    print("Exception:",e)
else:  # 如果没有异常发生,执行else中的代码块
    print("true")
finally:  # 不管是否发生异常,在最后都会执行finally中的代码,假如try里面的代码正常执行,先执行else中的代码,再执行finally中的代码
    print("finally")
执行结果:
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'aaa'
finally

那么既然Exception是所有异常的父类,我们可以自已定义Exception的子类,实现自定义异常处理,下面就是实现例子:

class OldBoyError(Exception):  # 自定义错误类型
    def __init__(self,message):
        self.message=message
    def __str__(self):  # 打印异常的时候会调用对象里面的__str__方法返回一个字符串
        return self.message
try:
    raise OldBoyError("我错了...")  # raise是主动抛出异常,可以调用自定义的异常抛出异常
except OldBoyError as e:
    print(e)
执行结果:我错了...

异常处理里面还有一个断言,一般用在判断执行环境上面,只要断言后面的条件不满足,那么就抛出异常,并且后面的代码不执行了。

print(123)
assert 1==2  # 断言,故意抛出异常,做环境监测用,环境监测不通过,报错并结束程序
print("456")
执行结果:
    assert 1==2  # 断言,故意抛出异常,做环境监测用,环境监测不通过,报错并结束程序
123
AssertionError

5、反射/自省

python中的反射/自省的实现,是通过hasattr、getattr、setattr、delattr四个内置函数实现的,其实这四个内置函数不只可以用在类和对象中,也可以用在模块等其他地方,只是在类和对象中用的很多,所以单独提出来进行解释。

hasattr(key)返回的是一个bool值,判断某个成员或者属性在不在类或者对象中
getattr(key,default=xxx)获取类或者对象的成员或属性,如果不存在,则会抛出AttributeError异常,如果定义了default那么当没有属性的时候会返回默认值。
setattr(key,value)假如有这个属性,那么更新这个属性,如果没有就添加这个属性并赋值value
delattr(key)删除某个属性

注意,上面的key都是字符串,而不是变量,也就是说可以通过字符串处理类中的成员或者对象中的属性。下面是一个例子代码:

class Foo:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def show(self):
        return self.name,self.age
obj=Foo("xiaoming",18)
print(getattr(obj,"name"))
setattr(obj,"k1","v1")
print(obj.k1)
print(hasattr(obj,"k1"))
delattr(obj,"k1")
show_fun=getattr(obj,"show")
print(show_fun())
执行结果:
xiaoming
v1
True
('xiaoming', 18)

自省能够直接访问以及修改运行中的类和对象的成员和属性,这是一个很强大的功能,并且并不像java中效率很低,所以用的很多。

下面是一个反射/自省用在模块级别的例子:

import s2
operation=input("请输入URL:")
if operation in s2.__dict__:
    getattr(s2,operation)()
else:
    print("404")
 
#模块s2中的代码:
def f1():
    print("首页")
def f2():
    print("新闻")
def f3():
    print("精选")
执行结果:
请输入URL:f1
首页

6、单例模式

这里介绍一个设计模式,设计模式在程序员写了两三年代码的时候,到一定境界了,才会考虑到设计模式对于程序带来的好处,从而使用各种设计模式,这里只是简单的介绍一个简单的设计模式:单例模式。在面向对象中的单例模式就是一个类只有一个对象,所有的操作都通过这个对象来完成,这就是面向对象中的单例模式,下面是实现代码:

class Foo:  # 单例模式
    __v=None
    @classmethod
    def ge_instance(cls):
        if cls.__v:
            return cls.__v
        else:
            cls.__v=Foo()
            return cls.__v
obj1=Foo.ge_instance()
print(obj1)
obj2=Foo.ge_instance()
print(obj2)
obj3=Foo.ge_instance()
print(obj3)
执行结果:
<__main__.Foo object at 0x000001D2ABA01860>
<__main__.Foo object at 0x000001D2ABA01860>
<__main__.Foo object at 0x000001D2ABA01860>

可以看到,三个对象的内存地址都是一样的,其实,这三个变量中存储的都是同一个对象的内存地址,这样有什么好处呢?能够节省资源,就比如在数据库连接池的时候就可以使用单例模式,只创建一个类的对象供其他程序调用,还有在web服务中接收请求也可以使用单例模式来实现,节省资源。

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