一文看懂Python面向对象编程(Python学习与新手入门必看)-绝对原创

尽管网上有许多关于Python面向对像的编程介绍，小编我看完后总觉得不是很满意，也不过瘾，所以决定自己亲自动手写篇文章，帮你理解Python面向对象的编程的基本概念和核心思想。本文内含很多实例代码，以帮助新手更好理解。如果你在学习基于Python的Django Web开发框架，本文也会对你非常有帮助，因为Django编程就是采用面向对象的编程。

类(Class)与对象(Object)

类(Class)是用来描述具有相同属性(Attribute)和方法(Method)对象的集合。对象(Object)是类(Class)的具体实例。比如学生都有名字和分数，他们有着共同的属性。这时我们就可以设计一个学生类, 用于记录学生的名字和分数，并自定义方法打印出他们的名字和方法。

  • 属性(Attribute): 类里面用于描述所有对象共同特征的变量或数据。比如学生的名字和分数。

  • 方法(Method): 类里面的函数，用来区别类外面的函数, 用来实现某些功能。比如打印出学生的名字和分数。

要创建一个类我们需要使用关键词class. 这个学生类Student看上去应该是这样的:

# 创建一个学生类
class Student:
   
   # 定义学生属性，初始化方法
   def __init__(self, name, score):
       self.name = name
       self.score = score

# 定义打印学生信息的方法
   def show(self):
       print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.score))

在这个案例中，我们只定义了一个抽象的类，电脑并没有创建什么存储空间。只有当我们完成类的实例化(Instance)时，电脑才会创建一个具体的对象（Object），并为之分配存储空间。所以对象（Object)是类（Class)的一个实例。

要创建一个具体的学生对象(Object)，我们还需要输入:

student1 = Student('John', 100)student2 = Student('Lucy', 99)

在这个案例中，Student是类，student1和student2是我们创建的具体的学生对象。当我们输入上述代码时，Python会自动调用默认的__init__初始构造函数来生成具体的对象。关键字self是个非常重要的参数，代表创建的对象本身。

当你创建具体的对象后，你可以直接通过student1.name和student1.score来分别获取学生的名字和分数，也可以通过student1.show()来直接打印学生的名字和分数。

类变量(class variables)与实例变量（instance variables）

假设我们需要在Student类里增加一个计数器number，每当一个新的学生对象(Object)被创建时，这个计数器就自动加1。由于这个计数器不属于某个具体学生，而属于Student类的，所以被称为类变量(class variables)。而姓名和分数属于每个学生对象的，所以属于实例变量(instance variables)，也被称为对象变量(object variables)。

这个新Student类看上去应该是这样的:

# 创建一个学生类
class Student:

# number属于类变量，定义在方法外，不属于具体实例
   number = 0

# 定义学生属性，初始化方法
   # name和score属于实例变量，定义在方法里
   def __init__(self, name, score):
       self.name = name
       self.score = score
       # 此处有错误
       number = number + 1

# 定义打印学生信息的方法
   def show(self):
       print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.score))

类变量和实例变量的区别很大，访问方式也也不一样。

  • 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。访问或调用类变量的正确方式是类名.变量名或者self.__class__.变量名。self.__class__自动返回每个对象的类名。

  • 实例变量：定义在方法中的变量，属于某个具体的对象。访问或调用实例变量的正确方式是对象名.变量名或者self.变量名.

注意到上述Student类有个错误没? 我们试图直接使用number = number + 1调用属于类的变量number。正确的方式是使用Student.number或self.__class__.number访问属于类的变量。下面的代码才是正确的:

# 创建一个学生类class Student:

    # number属于类变量，不属于某个具体的学生实例    number = 0

    # 定义学生属性，初始化方法    # name和score属于实例变量    def __init__(self, name, score):        self.name = name        self.score = score        Student.number = Student.number + 1

    # 定义打印学生信息的方法    def show(self):        print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.score))

# 实例化，创建对象student1 = Student('John', 100)student2 = Student('Lucy', 99)

print(Student.number)  # 打印2print(student1.__class__.number) # 打印2

类方法(Class method)

正如同有些变量只属于类，有些方法也只属于类，不属于具体的对象。你有没有注意到属于对象的方法里面都有一个self参数, 比如__init__(self), show(self)? self是指对象本身。属于类的方法不使用self参数， 而使用参数cls，代表类本身。另外习惯上对类方法我们会加上@classmethod的修饰符做说明。

同样拿Student为例子，我们不用print函数打印出已创建学生对象的数量，而是自定义一个类方法来打印，我们可以这么做:

class Student:

# number属于类变量，不属于某个具体的学生实例
   number = 0

# 定义学生属性，初始化方法
   # name和score属于实例变量
   def __init__(self, name, score):
       self.name = name
       self.score = score
       Student.number = Student.number + 1

# 定义打印学生信息的方法
   def show(self):
       print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.score))

# 定义类方法，打印学生的数量
   @classmethod
   def total(cls):
       print('Total: {0}'.format(cls.number))

# 实例化，创建对象
student1 = Student('John', 100)
student2 = Student('Lucy', 99)

Student.total()  # 打印 Total: 2

类的私有属性(private attribute)和私有方法(private method)

类里面的私有属性和私有方法以双下划线__开头。私有属性或方法不能在类的外部被使用或直接访问。我们同样看看学生类这个例子，把分数score变为私有属性，看看会发生什么。

# 创建一个学生类class Student:

    # 定义学生属性，初始化方法    # name和score属于实例变量, 其中__score属于私有变量    def __init__(self, name, score):        self.name = name        self.__score = score

    # 定义打印学生信息的方法    def show(self):        print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.__score))

# 实例化，创建对象student1 = Student('John', 100)

student1.show()  # 打印 Name: John, Score: 100student1.__score  # 打印出错，该属性不能从外部访问。

如果你将score变成__score, 你将不能直接通过student1.__score获取该学生的分数。show()可以正常显示分数，是因为它是类里面的函数，可以访问私有变量。

私有方法是同样的道理。当我们把show()变成，__show()你将不能再通过student1.__show()打印出学生的名字和分数。值得注意的是私有方法必需含有self这个参数，且把它作为第一个参数。

在面向对象的编程中,通常情况下很少让外部类直接访问类内部的属性和方法，而是向外部类提供一些按钮,对其内部的成员进行访问,以保证程序的安全性，这就是封装。

@property的用法与神奇之处

在上述案例中用户不能用student1.__score方式访问学生分数，然而用户也就知道了__score是个私有变量。我们有没有一种方法让用户通过student1.score来访问学生分数而继续保持__score私有变量的属性呢？这时我们就可以借助python的@property装饰器了。我们可以先定义一个方法score(), 然后利用@property把这个函数伪装成属性。见下面例子:

# 创建一个学生类
class Student:

# 定义学生属性，初始化方法
   # name和score属于实例变量, 其中score属于私有变量
   def __init__(self, name, score):
       self.name = name
       self.__score = score

# 利用property装饰器把函数伪装成属性
   @property
   def score(self):
       print('Name: {}. Score: {}'.format(self.name, self.__score))

# 实例化，创建对象

student1 = Student('John', 100)

student1.score  # 打印 Name: John. Score: 100

注意： 一旦给函数加上一个装饰器@property,调用函数的时候不用加括号就可以直接调用函数了 

类的继承(Inheritance)

面向对象的编程带来的最大好处之一就是代码的重用，实现这种重用的方法之一是通过继承(Inheritance)。你可以先定义一个基类(Base class)或父类(Parent class)，再按通过class 子类名（父类名)来创建子类(Child class)。这样子类就可以从父类那里获得其已有的属性与方法，这种现象叫做类的继承。

我们再看另一个例子，老师和学生同属学校成员，都有姓名和年龄的属性，然而老师有工资这个专有属性，学生有分数这个专有属性。这时我们就可以定义1一个学校成员父类，2个子类。

# 创建父类学校成员SchoolMemberclass SchoolMember:

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

    def tell(self):        # 打印个人信息        print('Name:'{}' Age:'{}''.format(self.name, self.age), end=' ')

# 创建子类老师 Teacherclass Teacher(SchoolMember):

    def __init__(self, name, age, salary):        SchoolMember.__init__(self, name, age) # 利用父类进行初始化        self.salary = salary

    # 方法重写    def tell(self):        SchoolMember.tell(self)        print('Salary: {}'.format(self.salary))

# 创建子类学生Studentclass Student(SchoolMember):

    def __init__(self, name, age, score):        SchoolMember.__init__(self, name, age)        self.score = score

    def tell(self):        SchoolMember.tell(self)        print('score: {}'.format(self.score))

teacher1 = Teacher('John', 44, '$60000')student1 = Student('Mary', 12, 99)

teacher1.tell()  # 打印 Name:'John' Age:'44' Salary: $60000student1.tell()  # Name:'Mary' Age:'12' score: 99

上述代码中，你注意到以下几点了吗？

  • 在创建子类的过程中，你需要手动调用父类的构造函数__init__来完成子类的构造。

  • 在子类中调用父类的方法时，需要加上父类的类名前缀，且需要带上self参数变量。比如SchoolMember.tell(self), 这个可以通过使用super关键词简化代码。

  • 如果子类调用了某个方法(如tell())或属性，Python会先在子类中找，如果找到了会直接调用。如果找不到才会去父类找。这为方法重写带来了便利。

实际Python编程过程中，一个子类可以继承多个父类，原理是一样的。第一步总是要手动调用__init__构造函数。

super()关键字调用父类方法

在子类当中可以通过使用super关键字来直接调用父类的中相应的方法，简化代码。在下面例子中，学生子类调用了父类的tell()方法。super().tell()等同于SchoolMember.tell(self)。当你使用Python super()关键字调用父类方法时时，注意去掉括号里self这个参数。

# 创建子类学生Student
class Student(SchoolMember):

def __init__(self, name, age, score):
       SchoolMember.__init__(self, name, age)
       self.score = score

def tell(self):
       super().tell() # 等同于 SchoolMember.tell(self)
       print('score: {}'.format(self.score))

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