Python编程技巧 – 对象和类

Python Programming Skills – Object and Class

Python是一种面向对象的高级程序语言。

本文简要介绍用Python如何实现面向对象，对象和类的声明及使用，以及面向对象的特征，及其如何使用属性和方法的介绍；并且，继承将是重用类和对象的不错选择。

0. 面向对象

在接触面向对象编程之前，人们在生活中几乎无处不在地和对象接触；只不过，人们心中并不知道什么是对象，没有将自然界的物体和对象关联起来。

1) 自然界的对象

对象就是可以被感知、触摸的实体。在自然界里，首先看到的就是田野，山川，河流，房屋，人们等，这些都是原始对象。

每个IT人员用的电脑、配件，每个家庭的房间及家具，每个社区的体育设施，以及每条道路的标志、围栏和交通灯等等，也都是对象。

2) 软件开发的对象

编程或者软件开发过程中的对象定义没有实质的差异；尽管软件的对象不可触摸，但在程序流程和逻辑方面，却实在在地担任着重要角色。

这些对象，往往跟数据打交道，它们是数据与相关行为的集合。

3) 面向对象

Python作为编程语言，它在被开发的初期，就已经被设计有对象的特征，因此，它可以用面向对象的编程方法来解决很多实际问题。

所谓面向就是指向的意思，因此，面向对象其实就是功能性地指向对象，即通过数据和行为，来描述一系列相互作用的对象。

经历了面向对象的分析、设计和编程，也就对其流程有了闭环的操作。这就是面向对象程序设计的过程。

1. 对象和类

既然对象是数据和行为的集合，那么，如何定义和区分不同对象的类型呢？

人们用肉眼一秒钟就能分辨出苹果(Apple)和橘子(Orange)的区别，是因为他们的外形(shape)，颜色(color)都不同。因此，除了这两个对象的名称不一样，它们的自身属性也不一样；此外，还有气味(smell)和味道(taste)的属性也不一样。

所以，定义这两个对象到编程语言，最初就有了基本概念，可以以名称（对象名）和特征（属性）来区分。

仔细想想，前面提到苹果和橘子是一个大的门类。具体到哪个苹果，或者哪个橘子，它们又会有着细节的差异，这就引入了类和对象的概念。

苹果这一大类Apple，就是一个编程所用的类(class), 而具体的哪个苹果，例如：这个苹果(theApple)就是一个对象，因为它从一个种类具体化到一个物体了；同时，这个实际的对象theApple也具有自己的属性。

由此可以引申出，类其实是对象的蓝本(blueprint), 而对象则是一个个具体的实例；一个类可以有很多个对象。

2. Python对象

1) 创建Python类

类似Apple的例子，苹果可以被定义为一个类，在Python语言里，可能编写的最简单的类的代码如下：

class Apple:
	pass

类的定义，以class关键字开始，接着是类的名称（由用户自己命名），最后以冒号结束这个语句；类里面的代码可能有很多种，但还不确定，因此，用pass代替。

Python的代码块不用大括号{ }分隔，因此在下一句必须缩进到合适的位置（实际编程语句开头可以有2个或者4个空格，这都能被解释器接受）

2) 类的实例化

既然创建了类，那么如何变成具体的对象呢？这需要类的实例化；也就是将类具体到一个实际的对象；创建类的实例，需要在类名称后加一对括号( )来进行，这就说明产生了一个新的实例，也就是一个新的对象。

Apple()

类的实例输出，也就等同于对象的输出；这需要将实例赋给一个变量A，从而打印输出，

A = Apple()
print(A)

由于苹果有天生的特性（即属性），因此，我们将属性添加到类，再打印输出属性，看有什么效果。代码如下：

class Apple:
    color = 'red'    
    smell = 'well'
    taste = 'sweet'
print("Type of Apple is", Apple)
print("The Apple smells", Apple().smell)
print("And the Apple tastes", Apple().taste)

运行结果如下图：
在这里插入图片描述
运行成功！

尽管该类也定义了color这个颜色属性而并没有引用，但是这并不妨碍这个类具有了鲜明的面向对象的特征。

以上代码块中，print函数打印输出Apple对象的类别class; 之后依次输出该对象实例的smell, taste（Apple类中定义的）属性值。

3. 添加属性

当我们创建了一个基本类后，但是没有什么实际用途；它看起来既没有任何数据，也不能做什么事，这时候就需要给它添加属性。

添加属性的方法，是通过点标记法，在对象（类的实例）后面设定属性。

如下示例，创建一个点坐标类(Point)，然后给它添加属性，即坐标x, 坐标y.

class Point:
    pass
p1 = Point()
p2 = Point()

p1.x = 5
p1.y = 4

p2.x = 3
p2.y = 6

print(p1.x, p1.y)
print(p2.x, p2.y)

执行结果如下图所示：
在这里插入图片描述
以上代码创建了空的Point类，没有数据和行为；然后创建了两个实例p1, p2, 并给它们赋值x, y, 即确定其二维坐标中的点的定位。

其中，p1.x, p1.y, p2.x, p2.y都采用了点标记法，就是用对象（也就是实例）加点再加属性来标记，将特定的值赋给它们，使得这些属性值具有实际意义。

当然，这些被赋予的值，可以是Python的基本类型、内置数据类型或者其它的对象，甚至可以是一个函数或另一个类。它的用途很广泛。

4. 添加方法

一个类，除了具有相应的属性外，还有一些可用的方法。添加有效的方法，可以使类和对象实例的使用，变得有趣和轻松；同时，也保证了属性相对安全，不至于直接被访问。

如同下面的例子，类Student要定义学生类，然后用def关键字添加它的方法(函数），就是studyCourse,用来表示学习课程；要传递一个参数c作为具体课程给该方法（或者函数），传递的方法是用input函数输入字符串。

示例代码如下：

class Student:
   def studyCourse(c):
       c = input("Enter the course: ")
       return f"Hi, student! You are studying {c}."
   
student1 = Student()
print(student1.studyCourse())

等类和方法完成后，创建一个Student类的实例，就是student1, 最后用student1这个实例，使用点标记法调用studyCourse()方法，完成这次输入输出课程的任务。

执行结果如下图所示：
在这里插入图片描述

5. 继承

类创建完毕后，可以生成无限个对象实例，只要用户愿意。

但是，如果有新的特性产生，需要创建类似的对象实例，又不想重新开始，该怎么办呢？- 创建该类的子类，来继承它，是一种不错的选择。

例如，通过Student类创建小学生类Pupil，此时，Pupil类继承了Student类。

class Student:   
   def studyCourse(n):
       c = input("Enter the course: ")
       return f"Hi, student! You are studying {c}."

class Pupil(Student):
    pass

student1 = Student()
print(student1.studyCourse())

pupil1 = Pupil()
print(pupil1.studyCourse())

执行结果如下图所示：
在这里插入图片描述
从上面的例子不难看出，Pupil继承其父类Student，只需要在参数括号里添加父类的名称即可，即便类代码块没有任何内容，只有一行pass; 它也可以通过Pupil的对象实例，来调用所继承Student的类的对象的方法studyCourse(), 打印输出课程。