Python基础入门_5面向对象基础

图片来自 pixabay，作者：Mrexentric 

2019 年第 55 篇文章，总第 79 篇文章

本文大约 7000 字，阅读大约需要 18 分钟

Python 基础入门前四篇：

• Python 基础入门--简介和环境配置

• Python基础入门_2基础语法和变量类型

• Python基础入门_3条件语句和迭代循环

• Python基础入门_4函数

第五篇主要介绍 Python 的面向对象基础知识，也就是类的介绍，包括类方法和属性、构造方法、方法重写、继承等，最后给出两道简单的练习题。

本文的目录如下所示：

5.面向对象 5.1 简介 5.2 类定义 构造方法和特殊参数 self 的表示 类方法 5.3 继承 方法重写 多继承 5.4 类属性与方法 5.5 练习 定义一个简单的数字时钟 定义一个类描述点之间的移动和距离 小结

5.面向对象

5.1 简介

先简单介绍一些名词概念。

• 类：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。

• 类方法：类中定义的函数。

• 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 。

• 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。

• 方法重写：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） ，也称为 方法的重写 。

• 局部变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。

• 实例变量：在类的声明中，属性是用变量来表示的。这种变量就称为实例变量，是在类声明的内部但是在类的其他成员方法之外声明的。

• 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。例如，有这样一个设计：一个 Dog 类型的对象派生自 Animal 类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog 是一个 Animal）。

• 实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。

• 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 。

Python中的类提供了面向对象编程的所有基本功能： 类的继承机制允许多个基类，派生类可以覆盖基类中的任何方法，方法中可以调用基类中的同名方法 。

对象可以包含任意数量和类型的数据。

5.2 类定义

下面是简单定义一个类：

# 定义一个动物类别
class Animal(object):
    # 类变量
    eat = True

    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

     # 类方法
    def run(self):
        return 'Animal run!'
# 实例化类
anm = Animal('animal', 'male')

# 访问类的属性和方法
print("Animal 类的属性 eat 为：", anm.eat)
print("Animal 类的方法 run 输出为：", anm.run())

输出结果：

Animal 类的属性 eat 为： True
Animal 类的方法 run 输出为： Animal run!

上述是一个简单的类的定义，通常一个类需要有关键字 class ，然后接一个类的名字，然后如果是  python2.7 是需要如例子所示加上圆括号和  object ，但在  python3 版本中，其实可以直接如下所示：

class Animal:

构造方法和特殊参数 self 的表示

然后 __init__ 是 构造方法 ，即在进行 类实例化 的时候会调用该方法，也就是  anm = Animal('animal', 'male') 。

此外，对于类的方法，第一个参数也是必须带上的参数，按照惯例名称是 self ，它代表的是类的实例，也就是指向实例本身的引用，让实例本身可以访问类中的属性和方法。如下代码所示：

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)

t = Test()
t.prt()

输出结果：

<__main__.Test object at 0x000002A262E2BA20>
<class '__main__.Test'>

可以看到 print(self) 的结果是输出当前对象的地址，而  self.__class__ 表示的就是类。

刚刚说了 self 只是惯例取的名称，换成其他名称也可以，如下所示：

# 不用 self 名称
class Test2:
    def prt(sss):
        print(sss)
        print(sss.__class__)

t2 = Test2()
t2.prt()

输出结果是一样的，类实例的地址改变了而已。

<__main__.Test2 object at 0x000001FB7644BBA8>
<class '__main__.Test2'>

类方法

类方法和构造方法一样，首先是关键字 def ，接着就是参数第一个必须是  self ，表示类实例的参数。

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

# 实例化类
p = people('runoob',10,30)
p.speak()

输出结果

runoob 说: 我 10 岁。

5.3 继承

继承的语法定义如下：

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

需要注意：

• 圆括号中 基类的顺序 ，当基类含有相同方法名，子类没有指定(即类似  BaseClass1.method1() ），python 会从左到右搜索继承的基类是否包含该方法；

• 基类和子类必须 定义在一个作用域内 ；

下面给出一个代码例子，基类定义还是上一节中的 people 类别，这次定义一个子类  student

# 单继承示例
class student(people):
    grade = ''

    def __init__(self, n, a, w, g):
        # 调用父类的构造方法
        people.__init__(self, n, a, w)
        self.grade = g

    # 覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级" % (self.name, self.age, self.grade))


s = student('ken', 10, 60, 3)
s.speak()

输出结果

ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

这是一个单继承，即继承一个基类的示例，子类的构造方法必须先调用基类(父类)的构造方法：

# 调用父类的构造方法
people.__init__(self, n, a, w)

另一种调用基类的构造方法，利用 super() 函数：

super.__init__(self, n, a, w)

方法重写

上述例子还重写了基类的方法 speak() 。

方法重写是在基类的方法无法满足子类的需求时，在子类重写父类的方法。

多继承

python 也支持多继承，下面是一个例子，继续沿用刚刚定义的一个类 student ，然后再重新定义一个基类  speaker

#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))

#多重继承
class sample(speaker,student):
    a =''
    def __init__(self,n,a,w,g,t):
        student.__init__(self,n,a,w,g)
        speaker.__init__(self,n,t)

test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
test.speak()   #方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法

输出结果：

我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python

而如果想指定任意父类的方法，可以添加下面这段代码：

# 显示调用 student 父类的 speak 方法
def speak(self):
    super(student, self).speak()

上面介绍过了， super() 函数是调用父类的一个方法，可以直接  super().method() ，但如果是多继承并且指定父类的话，就如上述所示，添加父类名字以及  self 来表示类实例。

另外， python2.7 调用  super() 方法，也需要传入父类名字和  self 两个参数。

5.4 类属性与方法

属性和方法的 访问权限 ，即可见性，有三种， 公开、受保护以及私有 ，私有方法和私有属性如下定义：

• 类的私有属性：两个下划线开头，声明该属性私有，不能在类的外部被使用或直接访问，而在类内部的方法中使用时： self.__private_attrs

• 类的私有方法：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，只能在类的内部调用 ，不能在类的外部调用。 self.__private_methods 。

而如果是受保护的属性或者方法，则是一个下划线开头，例如 _protected_attr 。

下面是一个简单的示例：

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)
        self.__count()

    def __count(self):
        print('私有方法')


counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print(counter.publicCount)
print(counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量
print(counter.__count())

输出结果

1
私有方法
2
私有方法
2

调用私有属性会报错：

AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

调用私有方法会报错：

AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__count'

类的属性不仅可以是变量，也可以是类实例作为一个属性，例子如下所示：

class TimeCounter:
    def __init__(self):
        print('timer')


class JustCounter:
    __secretCount = 0  # 私有变量
    publicCount = 0  # 公开变量

    def __init__(self):
        self.timer = TimeCounter()

    def count(self):
        self.__secretCount += 1
        self.publicCount += 1
        print(self.__secretCount)
        self.__count()

    def __count(self):
        print('私有方法')


counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print(counter.publicCount)

同样继续采用 JustCounter 类，只是新定义  TimeCounter ，并在  JustCounter 调用构造方法，实例化一个  TimeCounter 类，输出结果：

timer
1
私有方法
2
私有方法
2

5.5 练习

最后是来自 Python-100-Days--Day08面向对象基础 的两道练习题：

定义一个简单的数字时钟

这个例子将采用受保护的属性，即属性名字以单下划线开头，所以初始化的构造方法如下：

from time import sleep


class Clock(object):
    """数字时钟"""

    def __init__(self, hour=0, minute=0, second=0):
        '''
        初始化三个基本属性，时，分，秒
        :param hour:
        :param minute:
        :param second:
        '''
        self._hour = hour
        self._minute = minute
        self._second = second

然后是模拟时钟的运行，这里只需要注意时钟运行过程边界问题，即秒和分都是每到 60 需要置零，并让分或者时加 1，而时是每隔 24 需要进行这样的操作

 def run(self):
     '''
     模拟时钟的运行
     :return:
     '''
     self._second += 1
     if self._second == 60:
         self._second = 0
         self._minute += 1
         if self._minute == 60:
             self._minute = 0
             self._hour += 1
             if self._hour == 24:
                 self._hour = 0

最后是显示时间，需要注意时、分和秒三个属性都是整数，如果采用 % 进行格式化，需要调用  str() 方法显示将它们从整数变成字符串类型，而如果用  format() 方法，就不需要。

def show(self):
    '''
    显示时间
    :return:
    '''
    print("{:02d}:{:02d}:{:02d}".format(self._hour, self._minute, self._second))

简单的运用例子，这里调用 time.sleep() 方法，每显示一次时间休眠一秒，然后运行，设置循环次数是 5 次。

# 简单时钟例子
clock = Clock(23, 59, 57)
i = 0
while i < 5:
    clock.show()
    sleep(1)
    clock.run()
    i += 1

输出结果：

定义一个类描述点之间的移动和距离

第二个练习是定义一个类，描述平面上点之间的移动和距离计算

首先是基本的构造方法定义，这里作为平面上的点，需要定义的属性就是点的横纵坐标：

# 定义描述平面上点之间的移动和计算距离的类
class Point(object):
    def __init__(self, x=0, y=0):
        '''
        初始的坐标
        :param x:横坐标
        :param y:纵坐标
        '''
        self._x = x
        self._y = y

接着，点的移动，可以有两种实现，第一种直接说明目标点的坐标：

def move_to(self, new_x, new_y):
    '''
    移动到新的坐标
    :param new_x:新的横坐标
    :param new_y:新的纵坐标
    :return:
    '''
    self._x = new_x
    self._y = new_y

第二种则是只告诉分别在横、纵两个方向移动的距离：

def move_by(self, dx, dy):
    '''
    移动指定的增量
    :param dx:横坐标的增量
    :param dy:纵坐标的增量
    :return:
    '''
    self._x += dx
    self._y += dy

然后计算点之间的距离方法，这里就需要用到刚刚从 math 库导入的方法  sqrt ，即求取平方根：

def distance(self, other):
    '''
    计算与另一个点的距离
    :param other:
    :return:
    '''
    x_dist = self._x - other._x
    y_dist = self._y - other._y
    return sqrt(x_dist ** 2 + y_dist ** 2)

最后当然就是打印当前点的坐标信息了：

 def __str__(self):
     '''
     显示当前点坐标
     :return:
     '''
     return '({},{})'.format(self._x, self._y)

简单的应用例子

p1 = Point(10, 20)
p2 = Point(30, 5)
print('point1:', p1)
print('point2:', p2)
p1.move_to(15, 25)
print('after move to (15, 25), point1:', p1)
p1.move_by(20, 10)
print('move by (20, 10), point1:', p1)
dist = p1.distance(p2)
print('distance between p1 and p2: ', dist)

输出结果：

point1: (10,20)
point2: (30,5)
after move to (15, 25), point1: (15,25)
move by (20, 10), point1: (35,35)
distance between p1 and p2:  30.4138126514911

参考：

• 《Python 编程从入门到实践》

• https://www.runoob.com/python3/python3-class.html

• https://github.com/jackfrued/Python-100-Days/blob/master/Day01-15/08.%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%BC%96%E7%A8%8B%E5%9F%BA%E7%A1%80.md

小结

本文简单介绍 Python 面向对象的基础内容，主要是类的定义、方法和属性介绍，继承和方法重写，这些是比较基础的内容，后续计划的进阶内容关于面向对象部分，还会继续介绍如多态、装饰器等内容。

此外，本文的代码都上传到我的 github 上了：

https://github.com/ccc013/Python_Notes/blob/master/Practise/class_example.py

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