python高级之面向对象编程

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}")

- 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()}")

- 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。

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()

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

对象拥有类的所有属性和方法
对象的属性和方法可以单独添加、删除、修改
对象与对象之间的属性和方法不可共享
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

__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。
__del__ 析构函数：删除对象时执行一些操作，自动执行。
__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

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：

把方法转为属性，便于操作属性
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：

__init__ ( self [,args...] ) 构造函数简单的调用方法: obj = className(args)
__del__( self ) 析构方法, 删除一个对象简单的调用方法 : del obj
__repr__( self ) 转化为供解释器读取的形式简单的调用方法 : repr(obj)
__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)
__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

__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。
_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 ···
__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。