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python高级之面向对象编程

article 2024/12/27 2:52:58

一、面向过程与面向对象

面向过程和面向对象都是一种编程方式，只不过再设计上有区别。

1、面向过程pop：

举例：孩子上学

1. 妈妈起床

2. 妈妈洗漱

3. 妈妈做饭

4. 妈妈把孩子叫起来

5. 孩子起床

6. 孩子洗漱

7. 孩子吃饭

8. 妈妈给孩子送学校去

最为典型就是我们的C语言编程。

1》导入各种外部库

2》设计各种全局变量

3》写一个函数

4》写一个函数

5》........

6》写一个main主函数作为程序入口部分

 例：从一个列表中删除并返回最后一个元素和删除元素之后的列表

def pop_element(lst):
    if len(lst) > 0:
        return lst.pop()
    else:
        return "列表为空，无法弹出元素"

# 示例列表
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 执行pop操作
result = pop_element(my_list)
print(f"弹出的元素是: {result}")
print(f"当前列表是: {my_list}")
输出结果

- 面向过程的编程思想将一个功能分解为一个一个小的步骤， 我们通过完成一个一个的小的步骤来完成一个程序

- 这种编程方式，符合我们人类的思维，编写起来相对比较简单

- 但是这种方式编写代码的往往只适用于一个功能， 如果要在实现别的功能，即使功能相差极小，也往往要重新编写代码， 所以它可复用性比较低，并且难于维护

优点：简单直观、性能高效、代码简洁。

缺点：不易维护、不易扩展、代码重用性低。

2、面向对象oop：

举例：孩子上学

“妈妈”送“孩子”上学

python、java、C++都是面向对象的编程方式。

 以python为例：从一个列表中删除并返回最后一个元素和删除元素之后的列表

class MyList:
    def __init__(self):
        self.items = []  
    # 1》初始化空列表

    # 2》添加元素
    def append(self, item):
        self.items.append(item)

    # 3》移除并返回最后一个元素（pop操作）
    def pop(self):
        if len(self.items) > 0:
            return self.items.pop()
        else:
            return "列表为空，无法弹出元素"

    # 3》获取当前列表的内容
    def get_items(self):
        return self.items

# 4》创建MyList对象
my_list_obj = MyList()

# 5》向列表添加元素
my_list_obj.append(1)
my_list_obj.append(2)
my_list_obj.append(3)

# 6》执行pop操作
result = my_list_obj.pop()
print(f"弹出的元素是: {result}")
print(f"当前列表是: {my_list_obj.get_items()}")
输出结果

- 面向对象的编程思想，将所有的功能统一保存到对应的对象中 比如，妈妈功能保存到妈妈的对象中，孩子的功能保存到孩子对象中 。要使用某个功能，直接找到对应的对象即可

- 这种方式编写的代码，比较容易阅读，并且比较易于维护，容易复用。

- 但是这种方式编写，不太符合常规的思维，编写起来稍微麻烦一点

优点：模块化、安全性高、代码重用性高。

缺点：学习难度大、性能开销大、调试困难。

二、类和对象

目前我们所学的python中的内置类型都是对象——内置对象，内置对象有时候不能满足我们的需求，需要自定义一些对象。

10， 20， 30， -40， a=10, b=20等等等，都是整数，对其进行抽象——int类。

python 中一切都是对象。

类也是一个对象。

麻雀、鸽子、乌鸦和鹦鹉都属于鸟类

1、类的定义与实例化对象

在python中使用class关键字创建一个类。

语法格式a：

class ClassA:
    # 公共的属性
    def __init__(self):
        pass
    def fun1(self):
        pass
    def fun2(self):
        pass

语法格式b：

class ClassA(object):
    # 公共的属性
    def __init__(self):
        pass
    def fun1(self):
        pass
    def fun2(self):
        pass

 实例化对象的语法：

1》无参

        对象名 = 类名()

2》有参

         对象名 = 类名(参数列表)

例： 输出汽车品牌型号和问世年份

# 定义一个简单的类
class Car(object):
    brand = "比亚迪"  # 实例属性
    model = "秦L DM"
    year = "2024"
    def __init__(self):
        pass
    def display_info(self):  # 实例方法
        pass

# 实例化对象
s1 = Car()
s2 = Car()
s3 = Car()
print(s1.brand)
print(s2.model)
print(s3.year)# 输出：品牌: 比亚迪, 型号: 秦L DM, 年份: 2024

第一个 __init__()方法是一种特殊的方法，被称为类的构造函数或初始化方法，当创建了这个类的实例时就会自动调用该方法。不是必须要定义的，可以在需要的时候再定义。

第二个 self是一个参数，表示对象自身【对象的id号】，里面存放着对象自身的地址。如果希望类中的方法可以被对象调用，第一个参数必须是self。作用是将实例对象与类的方法进行绑定，这样实例的每个对象都能调用“属于”自己的方法。传参时可以省略。

class Cat(object):
    def speak(self):
        print(f"{self}在喵喵喵")

d1 = Cat()
d2 = Cat()
d1.speak()
d2.speak()
输出结果

2、访问属性/方法

使用符号 . 进行访问

访问属性：

对象名.属性

访问方法：

对象名.方法名()

3、对象与类的关系

  1. 对象拥有类的所有属性和方法
  2. 对象的属性和方法可以单独添加、删除、修改
  3. 对象与对象之间的属性和方法不可共享
  4. 对象不能独自创建，必须依托于类，类可以实例化N个对象
class Stu:
    def __init__(self, name, ability):
        self.name = name
        self.ability = ability

    def bark(self):
        print(f"{self.name}在打游戏！")

# Stu 是类，stu1 和 stu2 是对象
stu1 = Stu("马斯轩", "会吃饭")
stu2 = Stu("唐朗明", "会学习")

stu1.bark()  # 输出：马斯轩在打游戏！
stu2.bark()  # 输出：马斯轩在打游戏！

还可以使用以下函数的方式来访问属性：

  • getattr(obj, name[, default]) : 访问对象的属性。
  • hasattr(obj,name) : 检查是否存在一个属性。
  • setattr(obj,name,value) : 设置一个属性。如果属性不存在，会创建一个新属性。
  • delattr(obj, name) : 删除属性。

4、魔方方法——构造函数 与 析构函数

  1. __init__ 构造函数：完成对象的初始化工作，方便统一管理、调用类创建对象时，自动执行。
  2. __del__ 析构函数：删除对象时执行一些操作，自动执行。
  3. __str__ 打印方法：输出执行信息，自动执行。
class Car:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __str__(self):
        return f"轿车{self.name}是黑色的。"

    def __del__(self):
        print(f"轿车{self.name}报废了，去车管所吧！")

# 创建并销毁对象
car = Car("奥迪")
print(car) #轿车奥迪是黑色的。
del car  # 输出：轿车奥迪报废了，去车管所吧！

5、类属性/方法 与 实例对象属性/方法 与 静态方法

类是思维脑图

示例：类属性和方法、实例属性和方法、静态方法

class Vehicle:
    wheels = 4  # 类属性

    def __init__(self, brand):
        self.brand = brand  # 实例属性

    def drive(self):  # 实例方法
        print(f"正在开着{self.brand}的车")

    @classmethod
    def wheels_info(cls):  # 类方法
        print(f"一辆车拥有{cls.wheels}个轮胎。")

    @staticmethod
    def general_info():  # 静态方法
        print("买车是为了开的。")

# 创建实例对象
car = Vehicle("比亚迪")

# 访问实例属性和方法
print(car.brand)  # 输出：比亚迪
car.drive()  # 输出：正在开着比亚迪的车

# 访问类属性和类方法
print(Vehicle.wheels)  # 输出：4
Vehicle.wheels_info()  # 输出：一辆车拥有4个轮胎。

# 调用静态方法
Vehicle.general_info()  # 输出：买车是为了开的。

6、Python的内置类属性

  • __dict__ : 类的属性（包含一个字典，由类的数据属性组成）
  • __doc__ :类的文档字符串
  • __name__: 类名
  • __module__: 类定义所在的模块（类的全名是'__main__.className'，如果类位于一个导入模块mymod中，那么className.__module__ 等于 mymod）
  • __bases__ : 类的所有父类构成元素（包含了一个由所有父类组成的元组）
class Student(object):
    """
    定义一个学生类
    属性：名字 年龄
    方法：method_1 method_2
    """
    name = '张三'
    age = 18

    def method_1(self):
        pass

    def method_2(self):
        pass

print(Student.__dict__) #输出：{'__module__': '__main__', '__doc__': '\n    定义一个学生类\n    属性：名字 年龄\n    方法：method_1 method_2\n    ', 'name': '张三', 'age': 18, 'method_1': <function Student.method_1 at 0x00000189521B8AE0>, 'method_2': <function Student.method_2 at 0x00000189521B8C20>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Student' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Student' objects>}
print(Student.__doc__) #输出：
# 定义一个学生类
# 属性：名字 年龄
# 方法：method_1 method_2
print(Student.__name__) #输出：Student
print(Student.__module__) #输出：__main__
print(int.__module__) #输出：builtins
print(Student.__bases__) #输出：(<class 'object'>,)

三、类的封装【私有属性与方法】

封装是类的三大特性之一。

封装指的是隐藏对象中一些不希望让外部所访问的属性或方法。

python中封装其实是通过设置访问权限来体现的，私有属性和私有方法是控制访问权限的组成部分。

1、私有属性

在类的内部使用，不希望外部直接访问的变量。

在python中，使用双下划线作为前缀来定义私有属性。

私有属性在类外不能访问

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name  # 私有属性
        self.__age = age    # 私有属性

    def display_info(self):
        print(f"Name: {self.__name}, Age: {self.__age}")

    def set_name(self, name):  # 通过公共方法设置私有属性
        self.__name = name

    def get_name(self):  # 通过公共方法访问私有属性
        return self.__name

# 创建对象
person = Person("小花", 30)

# 访问私有属性会报错
# print(person.__name)  # AttributeError: 'Person' object has no attribute '__name'

# 通过公共方法访问和修改私有属性
print(person.get_name())  # 输出：小花
person.set_name("小明")
print(person.get_name())  # 输出：小明

2、私有方法

和私有属性是一样的。

class Car:
    def __init__(self, brand):
        self.__brand = brand

    def __start_engine(self):  # 私有方法
        print(f"{self.__brand}启动了!")

    def drive(self):
        self.__start_engine()  # 通过公有方法调用私有方法
        print(f"正在驾驶着{self.__brand}的车！")

# 创建对象
car = Car("比亚迪")

# 访问私有方法会报错
# car.__start_engine()  # AttributeError: 'Car' object has no attribute '__start_engine'

# 通过公共方法间接调用私有方法
car.drive()
# 输出：
# 比亚迪启动了!
# 正在驾驶着比亚迪的车！

3、属性装饰器

属性装饰器是实现把方法转为属性的装饰器。

作用：

  1. 把方法转为属性，便于操作属性
  2. 实现对属性的更改（验证）、查看、删除

语法格式：

class 类名(object):
    def __init__(self):
        self.__名字 = xxx
    
    @property
    def 函数名(self):
        return self.__名字
    
    @函数名.setter
    def 函数名(self, m):
        self.__名字 += m
class Car(object):
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name
        self.color = color
        self.__num = 20

    @property
    def num(self):
        return self.__num

    @num.setter
    def num(self, x):
        self.__num += x

c1 = Car('法拉利', '红色')
print(c1.name, c1.color, c1.num)
c1.num = 80
print(c1.num)
class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    @property
    def name(self):
        return self.__name

    @name.setter
    def name(self, new_name):
        if not isinstance(new_name, str):
            print('名字必须是一个字符串')
        else:
            self.__name = new_name

    @name.deleter
    def name(self):
        print("已删除名字")
        del self.__name

s1 = Student('张三')
print(s1.name)
s1.name = 111
s1.name = '华清远见'
print(s1.name)
del s1.name

四、类的继承

面向对象的编程带来的主要好处之一就是代码的重用，实现这种重用的方法之一就是通过继承机制。

通过继承创建的新类称之为【子类】或者【派生类】，被继承的类称之为【父类】、【基类】、【超类】。

1、继承语法格式

class  子类名(父类名列表):
    pass

 举例说明

class Parent(object):
    """
    定义父类
    """
    par_attr = 100

    def __init__(self):
        print("初始化父类")

    def par_fun1(self):
        print("父类方法1")

    def par_fun2(self):
        print("父类方法2")

class Child(Parent):
    """
    定义子类
    """
    child_attr = 666
    def __init__(self):
        print("初始化子类")

    def child_fun1(self):
        print("子类方法1")

c1 = Child()
print(c1.child_attr)
c1.child_fun1()

print(c1.par_attr)
c1.par_fun1()
c1.par_fun2()

2、多继承语法

如果在继承的元组（）里面有一个以上的类，就称之为多继承。

class A:
    pass

class B:
    pass

class C:
    pass

class D(A, B, C):
    pass

d1 = D()
print(D.mro())
# python中提供了一个函数mro()用于查看继承的顺序。

3、继承重写父类方法

如果你的父类方法不能满足你得要求，你可以在之类中重写父类的方法。

class Parent(object):
    def method(self):
        print(f"{self}的方法")

class Child(Parent):
    pass

c = Child()
c.method()


# 重写
class Parent(object):
    def method(self):
        print(f"{self}的方法")

class Child(Parent):
    def method(self):
        print("xxxxxxxxxx")
        print(f"{self}的方法")

c = Child()
c.method()

这里列出了一些通用的功能，可以在自己的类重写：

  1. __init__ ( self [,args...] ) 构造函数 简单的调用方法: obj = className(args)
  2. __del__( self ) 析构方法, 删除一个对象 简单的调用方法 : del obj
  3. __repr__( self ) 转化为供解释器读取的形式 简单的调用方法 : repr(obj)
  4. __str__( self ) 用于将值转化为适于人阅读的形式 简单的调用方法 : str(obj)
  5. __cmp__ ( self, x ) 对象比较 简单的调用方法 : cmp(obj, x)

4、python继承特点

  • 在子类中如果需要父类的构造方法，需要显式调用父类的构造方法，或者不重写父类的构造方法。__init__()
  • 在子类中调用父类的方法，需要显式调用，且第一个参数self不能省略。
class Parent(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def method(self):
        print(f"{self}的方法")

class Child(Parent):
    def fun1(self):
        print(self.x , self.y)
# 不重写父类构造方法
c = Child(1, 2)
c.fun1()
class Parent(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def method(self):
        print(f"{self}的方法")

class Child(Parent):
    def __init__(self, x, y, z):
        Parent.__init__(self, x, y)
        self.z = z

    def fun1(self):
        print(self.x , self.y, self.z)

# 重写父类构造方法、里面显式调用父类构造方法
c = Child(1, 2, 33)
c.fun1()
class Parent(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

class Child(Parent):
    def __init__(self, x, y, z):
        super().__init__(x, y)
        self.z = z

    def add(self):
        return self.x + self.y + self.z

c = Child(1, 1, 1)
print(c.add())
class Parent(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def add(self):
        return self.x + self.y

class Child(Parent):
    def __init__(self, x, y, z):
        super().__init__(x, y)
        self.z = z

    def add(self):
        return super().add() + self.z

c = Child(1, 1, 1)
print(c.add())

5、运算符重载

在Python中，并没有像其他语言（如C++）中那样的内置机制来重载运算符。但是，你可以通过定义特定的方法来模拟运算符重载的行为。

以下是一些常见运算符以及它们对应的特殊方法：

加法：+ 对应 __add__

减法：- 对应 __sub__

乘法：* 对应 __mul__

除法：/ 对应 __truediv__

取模：% 对应 __mod__

幂运算：** 对应 __pow__

位运算：

位运算：>> 对应 __rshift__

位运算：& 对应 __and__

位运算：| 对应 __or__

位运算：^ 对应 __xor__

class Operator(object):
    def __init__(self, x):
        self.x = x

    def __add__(self, other):
        return self.x + other.x * 3

o1 = Operator(1)
o2 = Operator(3)
print(o1 + o2)
class Operator(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __add__(self, other):
        return self.x * other.x + self.y * other.y

o1 = Operator(1, 2)
o2 = Operator(3, 4)
print(o1 + o2)

五、类的多态

python中的多态也可以通过方法重写进行。

同一个方法，不同对象显式的结果不同。

class Animal(object):
    name = '动物'
    age = 0
    def speak(self):
        print("动物的声音")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("汪汪汪")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵喵")

a = Animal()
d = Dog()
c = Cat()

a.speak()
d.speak()
c.speak()

六、关于下划线说明

  1. __foo__: 以双下划线开头双下划线结尾，定义的是特殊方法，一般是系统定义名字 ，类似 __init__() 之类的，自动。
  2. _foo: 以单下划线开头的表示的是 protected 类型的变量，即保护类型只能允许其本身与子类进行访问，不能用于 from module import ···
  3. __foo: 双下划线的表示的是私有类型(private)的变量, 只能是允许这个类本身进行访问了。

http://www.kler.cn/a/393086.html

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