python学习笔记----面向对象（十）

一、什么是类

类是一个抽象的模板，用于创建具体的实例。可以将类理解为一个蓝图，它定义了一系列对象共有的属性（数据）和方法（函数）。类是对一组具有相同属性和功能的对象的抽象。例如，你可以定义一个名为 Dog 的类，它包括狗的一般属性（如名字、年龄和品种）和方法（如吠叫、跳跃）。

二、什么是对象

对象是类的实例。当你根据类的定义创建一个实例时，你创建了一个对象。对象继承了类的所有属性和方法，但每个对象都有独立的属性值（即状态），这意味着相同类的两个对象的属性可以有不同的值。

三、类的定义和使用

类的定义：

class 类名:
    成员变量

    成员方法

创建类对象：

对象 = 类名()

self

在 Python 中，self 是一个约定俗成的名称，用于指代类的当前实例的引用。它的用法和意义与其他一些面向对象编程语言中的 this 关键字类似。使用 self 可以访问类的属性和方法，它是类方法定义中的第一个参数，通过它可以访问和操作对象的属性以及调用其他方法。

如何使用 self

在定义类的方法时，self 必须作为方法的第一个参数（尽管你可以给这个参数任何名称，但按惯例都是使用 self）。在调用方法时，Python 会自动传递实例引用给 self 参数，所以你不需要在调用方法时提供这个参数。

self 并不是 Python 语法的一部分；它只是一个变量名。你可以使用任何其他变量名，但强烈建议遵循这个习惯用法，因为它是大多数 Python 程序员所熟悉的。
当定义一个对象的方法时，即使你不打算在方法内部使用对象的任何属性或方法，self 仍然需要作为第一个参数。

示例：

class student:
    name = None

    def say_hi(self): 
        print(f"大家好呀，我是{self.name},欢迎大家多多关照")

stu = student()
stu.name = "小明"

stu.say_hi()

四、构造方法

在 Python 中，构造方法通常被称为__init__方法。它是类定义中的一个特殊函数，名称前后都有两个下划线。当创建类的一个新实例时，Python 会自动调用这个方法。
__init__ 方法的第一个参数总是 self，它是对当前对象实例的引用，通过它可以访问类的属性和其他方法。
__init__可以有额外的参数，这些参数在创建类实例时传递，用于初始化对象的属性。
在 __init__ 方法中首次创建并初始化属性，这种方式可以看作是成员变量的定义。

在这里插入图片描述

示例：

class student:

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

    def info(self):
        print(f"name:{self.name}, age:{self.age}, tel:{self.tel}")

stu = student("周杰伦", 31, "12345678")
stu.info()

五、魔术方法（内置方法）

上节的 __init__构造方法，是python类内置的方法之一。这些内置的类方法，各自有各自特殊的功能，这些内置方法我们称之为：魔术方法

。。。。。

六、封装

6.1 现实世界中的封装

在这里插入图片描述

6.2 私有成员

既然现实事物有不公开的属性和行为，那么作为现实事物在程序中映射的类，也应该支持

定义私有成员：

私有成员变量：变量名以__开头（2个下划线）
私有成员方法：方法名以__开头（2个下划线）

6.2.1 使用私有成员

在这里插入图片描述

6.2.3封装示例：

假设我们要模拟一个银行账户，并希望确保账户余额只能通过受控的方法进行修改。

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance=0):
        self.owner = owner
        self.__balance = balance  # 私有属性

    #存款
    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self.__balance += amount
            print(f"存入了 {amount} 元。新余额：{self.__balance} 元。")
        else:
            print("Deposit amount must be positive.")

    # 取款
    def withdraw(self, amount):
        if 0 < amount <= self.__balance:
            self.__balance -= amount
            print(f"取出了 {amount} 元。新余额：{self.__balance} 元。")
        else:
            print("无效的取款金额。")

    # 获取余额
    def get_balance(self):
        return self.__balance

# 创建 BankAccount 的实例
account = BankAccount("小明", 1000)

# 使用公开的方法，进行存款和取款
account.deposit(500)
account.withdraw(200)

# 打印余额
print(account.get_balance())         # 输出: 1300

# 打印余额
# 直接访问私有属性（不推荐）
print(account._BankAccount__balance)  # 输出: 1300

1.私有属性：

在 BankAccount 类中， __balance 属性是一个私有属性。它通过在属性名称前加上两个下划线（__）来实现。

2.公开方法:

类的方法（如 deposit 和 withdraw）提供了控制账户余额的接口，而不直接暴露 __balance 属性。这确保了余额只能通过符合业务逻辑的方法进行修改。

3.数据保护：

通过将 __balance设为私有属性，并仅通过受控的方法进行访问和修改，可以防止不安全或未经授权的余额更改。

总结：在 Python 编程中，尽量避免直接访问私有属性，除非在非常特殊的情况下确实需要。直接访问私有属性会破坏封装的好处，而通过公开的方法访问属性有助于保持代码的清晰和可维护性。

为什么示例最后一行，私有属性可以被访问？

Python 的名称改编机制是一种轻量级的方式来隐藏属性，而不是一种严格的访问控制措施。通过这种机制，Python 尽力引导开发者不要直接访问私有属性，而是通过公开的接口来访问。但是，如果开发者明确知道属性的实际名字，就仍然可以通过 _ClassName__attribute 的格式来访问。

六、继承

继承是面向对象编程（OOP）的一个重要特性，它允许一个类（子类）从另一个类（父类）继承属性和方法。继承有助于代码的重用，并允许在不修改现有代码的情况下扩展类的行为。

6.1 继承的基本概念

1.父类（基类或超类）:

父类是被继承的类。它定义了子类可以重用的属性和方法。

2.子类（派生类）：

子类继承父类的属性和方法，并可以新增或重写父类的方法来提供更多或不同的功能。

3.重写：

子类可以重新定义父类中已存在的方法。这种重写允许子类定制父类的行为。

4.扩展：

子类可以增加新的属性和方法来扩展父类的功能。

6.2 单继承

示例：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "动物叫"

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "汪汪!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "喵喵!"

# 创建 Dog 和 Cat 类的实例
dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")

print(f"{dog.name} says {dog.speak()}")
print(f"{cat.name} says {cat.speak()}")

示例解释：

1.父类

Animal 类是父类。它定义了一个属性 name 和一个方法 speak。该方法在父类中只返回一个默认的声音。Animal 类是父类。它定义了一个属性 name 和一个方法 speak。该方法在父类中只返回一个默认的声音。

2.子类

Dog 和 Cat 是 Animal 类的子类。它们继承了 Animal 类的属性 name 并重写了 speak 方法，以提供不同的声音。

3.重写：

子类 Dog 和 Cat 中的 speak 方法重写了父类中的同名方法。通过调用子类的 speak 方法，我们可以看到它们返回不同的字符串。

6.3 多继承

多继承是面向对象编程中的一个特性，它允许一个类从多个父类继承属性和方法。这与单继承形成对比，单继承只允许一个类从一个父类继承。

示例：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "动物叫"

class Pet:
    def __init__(self, owner):
        self.owner = owner

    def show_owner(self):
        return f"我的主人是 {self.owner}."

class Dog(Animal, Pet):
    def __init__(self, name, owner):
        Animal.__init__(self, name)
        Pet.__init__(self, owner)

    def speak(self):
        return "汪汪!"

class Cat(Animal, Pet):
    def __init__(self, name, owner):
        Animal.__init__(self, name)
        Pet.__init__(self, owner)

    def speak(self):
        return "喵喵!"

# 创建 Dog 和 Cat 类的实例
dog = Dog("Buddy", "Alice")
cat = Cat("Whiskers", "Bob")

print(f"{dog.name} says {dog.speak()}")
print(dog.show_owner())

print(f"{cat.name} says {cat.speak()}")
print(cat.show_owner())

示例解释：

1.多继承：

类 Dog 和 Cat 通过多继承继承自 Animal 和 Pet。因此，这两个类同时具备动物的特性和宠物的特性。

2.构造方法：

Dog 和 Cat 通过分别调用 Animal 和 Pet 的构造方法来初始化 name 和 owner 属性。这种方式确保了两个父类的初始化逻辑都能正确执行。

3.方法：

Dog 和 Cat 类分别重写了 speak 方法，以实现各自独特的叫声。同时，它们也继承了 show_owner 方法，用于展示主人信息。

七、类型注解

7.1 为什么需要类型注解

在这里插入图片描述

7.1 变量类型注解

语法：变量: 类型

示例：

# 基础数据类型注解
var_1: int = 10
var_2: str = "hello"
var_3: bool = True

# 类对象类型注解
class student:
    pass
stu: student =  student()

# 基础容器类型注解
my_list: list = [1, 2, 3]
my_tuple: tuple = (1, 2, 3)
my_dict: dict = {"小明": 80}

# 容器类型详细注解
my_list: list[int] = [1, 2, 3]
my_tuple: tuple[int, str, bool] =(1, "hello", True)
my_dict: dict[str, int] = {"小明": 80}

除了变量: 类型 ，这种语法做注解外，也可以在注释中进行类型注解。

示例：

var_1 = 10       # type: int
var_2 = "hello"  # type: str
var_3 = True     # type: bool

7.1.2类型注解的限制

类型注解主要功能在于：

帮助第三方IDE工具（如pycharm）对代码进行类型推断，协助做代码提示
帮助开发者自身对变量进行类型注释（备注）
并不会真正的对类型做验证和判断
也就是，类型注解仅仅是提示性的，不是决定性的

7.2 函数的类型注解

7.2.1函数的形参类型注解语法：

def 函数名(形参名:类型, 形参名:类型,...):
	pass

示例：

def add(x: int, y: int):
    return x+y

7.2.1函数的返回值注解语法：

def 函数名() -> 返回值类型:
	pass

示例：

def add() -> int:
    return 100

7.3 Union类型

Union 类型是 Python 中的一种类型注解，用于表示一个变量可以接受多种不同类型的值。它是 Python 的 typing 模块中提供的一种类型，主要用于增强代码的可读性和静态类型检查。

7.3.1 为什么使用`Union`

在某些情况下，一个变量或函数的返回值可能有多种可能的类型。例如，一个函数可能返回一个数字或一个字符串，取决于某些条件。Union 类型允许你明确表示这些可能性，以帮助其他开发人员和静态类型检查工具更好地理解代码。

7.3.2 使用Union注解类型

示例:

from typing import Union

# 注解一个变量
x: Union[int, str] = 10

# 注解函数参数和返回值
def parse_value(value: Union[int, str]) -> Union[float, str]:
    if isinstance(value, int):
        return float(value)
    elif isinstance(value, str):
        return value
    else:
        raise ValueError("Invalid type")

示例解释：

x 是一个可以是 int 或 str 类型的变量。
parse_value 函数接受一个 Union[int, str] 类型的参数，并返回一个 Union[float, str] 类型的值。

7.3.3 使用 Union 和 | 操作符

在 Python 3.10 及更高版本中，你可以使用 | 操作符来表示 Union 类型。这种方式更加简洁。

# Python 3.10+
x: int | str = 10

def parse_value(value: int | str) -> float | str:
    if isinstance(value, int):
        return float(value)
    elif isinstance(value, str):
        return value
    else:
        raise ValueError("Invalid type")