python advanced programming ( II )

时间:2023-03-09 08:11:23
python advanced programming ( II )

面向对象编程


简称OOP,是一种程序设计思想。OOP把对象作为程序的基本单元,一个对象包含了数据和操作数据的函数。数据封装、继承和多态是面向对象的三大特点。

在Python中,所有数据类型都可以视为对象,当然也可以自定义对象。自定义的对象数据类型就是

面向对象中的类(Class)的概念。

给对象发消息实际上就是调用对象对应的关联函数,称之为对象的方法(Method)


OOP最重要的概念就是(Class)和实例(Instance),牢记类是抽象的模板,而实例是根据类创建出来的一个个具体的“对象”,每个对象都拥有相同的方法,但各自的数据可能不同。(艾维铝酉和cjk区别——#)

定义类通过class关键字

 class Student(object):
pass #object表示该类是从哪个类继承下来的,如果没有合适的继承类就使用object类,这是所有类最终都会继承的类。

创建实例通过类名+()

 bart = Student()                        

可以给实例的变量绑定属性

 bart.name = 'Bart Simpson'

由于类可以起到模板的作用,在创建实例的时候可以通过定义__init__方法把认为必要的属性强制填写进去绑定

 class Student(object):

      def __init__(self, name, score):   #将name和score属性绑定
self.name = name
self.score = score #__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。

有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了而必须传入与__init__方法匹配的参数,self不需要传

 >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.name
'Bart Simpson'
>>> bart.score
59

在类中定义的函数和普通函数相比只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量self,并且调用时不用传递该参数。

访问实例的数据,没必要用外面的函数去访问,可以直接在类的内部定义访问数据的函数,这样,就把“数据”给封装起来了,称为数据封装。这些封装数据的函数是和类本身是关联起来的,称为类的方法

 class Student(object):

     def __init__(self, name, score):
self.name = name
self.score = score def print_score(self):
print('%s: %s' % (self.name, self.score)) #调用方法>>>bart.print_score()

封装的一个好处是不用知道内部实现的细节容易调用,另一个是好处是可以给类增加新的方法

 class Student(object):
... def get_grade(self): #给该类增加一个get_grade方法
if self.score >= 90:
return 'A'
elif self.score >= 60:
return 'B'
else:
return 'C'

类是创建实例的模板,而实例则是一个一个具体的对象,各个实例拥有的数据都互相独立,互不影响;

方法就是与实例绑定的函数,和普通函数不同,方法可以直接访问实例的数据(普通函数需要访问类);


使用上述方法可以隐藏内部复杂逻辑,而在属性名称前加上两个下划线__可以访问限制,使得外部代码不能*修改实例的属性

 class Student(object):

     def __init__(self, name, score):         #之前>>> bart.score  98
# >>> bart.score = 59
5 # >>> bart.score 59
self.__name = name
self.__score = score #之后>>> bart.__name Error def print_score(self):
print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

如果外部代码要获取属性,可以给类增加get_nameget_score这样的方法

 class Student(object):
... def get_name(self):
return self.__name def get_score(self):
return self.__score

如果又要允许外部代码修改属性,可以再给类增加set_score方法

 class Student(object):
... def set_score(self, score):
self.__score = score

类似__xxx__是特殊变量,可以直接访问,但是不要定义这样的变量名

一个下划线开头的变量,可以被外部访问,但是约定俗成视为私有变量,不要随意访问

两个下划线开头的变量,可以通过   实例名._类名__变量名   来访问(不同版本.后的可能不同)

总的来说就是,Python本身没有任何机制阻止你干坏事,一切全靠自觉。


OOP程序设计中定义一个class的时候,可以从某个现有的class继承,子类将获得了父类的全部功能(方法),也可以对子类增加方法。如果一个变量是子类的数据类型,那么它同时也是父类、爷类...类型,这就是多态

 class Animal(object):                    #编写一个名为Animal的class
def run(self):
print('Animal is running...') class Dog(Animal): #直接从Animal类继承
pass 运行
dog = Dog()
dog.run()
Animal is running... class Dog(Animal): #对子类增加方法 def run(self):
print('Dog is running...')
18
19 运行
20 Dog is running... #调用时子类会覆盖与父类定义同名的方法

多态的好处

def run_twice(animal):    #定义一个接收Animal类型的函数
animal.run() #调用函数时不管参数是父类Animal()其子类比如Dog(),实际调用的都是类中各自定义的叫 run 的方法,只要 实参是形参的子类,无需修改函数

注:

如果需要传入Animal类型,对于静态语言(如JAVA)传入的对象必须是Animal类型或其子类,否则无法调用run方法。对于动态语言(如Python),则不一定需要传入Animal类型,只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了。


获取对象信息

判断对象类型:基本类型都可以用type(),指向函数或者类的变量也可以用type()判断,返回对应的Class类型。

判断class的类型,可以使用isinstance( ,)函数,返回布尔值。

获得对象的所有属性和方法:可以使用dir()函数,返回一个包含字符串的list,

 >>> hasattr(obj, 'x')     # 有属性'x'吗?
True
>>> obj.x
9
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
True
>>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
19
>>> obj.y # 获取属性'y'
19
>>> fn = getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'并赋值到变量fn #通过内置的一系列函数,可以对任意一个Python对象进行剖析,拿到其内部的数据。

注:

由于Python是动态语言,根据类创建的实例可以任意绑定属性。


给实例绑定属性

 class Student(object):               #通过self变量
def __init__(self, name):
self.name = name s = Student('Bob') #通过实例变量
s.score = 90

给类绑定属性

 class Student(object):       #直接在class中定义属性
name = 'Student'

实例属性类属性优先级高

给实例绑定方法

 >>> def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法
... self.age = age
...
>>> from types import MethodType
>>> s.set_age = MethodType(set_age, s) # 给实例绑定一个方法
>>> s.set_age(25) # 调用实例方法
>>> s.age # 测试结果
25

给类绑定方法,相当于给其所有实例绑定了方法

 >>> def set_score(self, score):        #定义一个函数并把它绑定给类
... self.score = score
...
>>> Student.set_score = set_score

限制实例的属性,在定义class的时候定义一个特殊的__slots__变量,比如只允许实例Student添加添加name和age属性:

 class Student(object):
__slots__ = ('name', 'age') # 用tuple装允许绑定的属性名称

如果暴露性地绑定属性(绑定在定义外),无法检查绑定的参数是否合法,可以通过内置方法来解决,然后通过python内置的@property装饰器将getter方法变成属性简单的使用,同时另一个装饰器@.setter把绑值setter方法变成属性。

 class Student(object):

     @property                           #编写获得值的方法并变成属性
def score(self):
return self._score @score.setter #编写带自检的设值(绑定属性)方法并变成属性
def score(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise ValueError('score must be an integer!')
if value < 0 or value > 100:
raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
self._score = value

如果只定义getter方法(@property),不定义setter方法(@.setter)就是一个只读属性

注:

动态绑定允许在程序运行的过程中动态给class加上功能,静态语言必须定义在class中。


面向对象高级编程


通过多重继承,一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。这种继承如果按树型层次继承是复杂度呈指数增长,所以采用称之为MixIn的设计。设计类的继承关系时,设计单一继承下来的主线,将需要混入的额外功能的父类名尾加MixIn,这样就可以优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能,而不是设计多层次的复杂的继承关系。

EXP Python自带了TCPServerUDPServer这两类网络服务,而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型,这两种模型由ForkingMixInThreadingMixIn提供。通过组合,就可以创造出合适的服务来。

 class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):    #编写一个多进程模式的TCP服务
pass class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn): #编写一个多线程模式的UDP服务
pass

注:

只允许单一继承的语言(如Java)不能使用MixIn的设计。


定制类

枚举类:Enum类可以把一组相关常量定义在一个class中,即用枚举类型定义一个class,每个常量都是class的一个唯一实例。

 from enum import Enum            #定义Monthe类型的枚举类

 Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'))                     #可以用Month.XXX引用一个常量

 for name, member in Month.__members__.items():
print(name, '=>', member, ',', member.value)
#枚举所有成员,value属性则是自动赋给成员的int常量,默认从1开始计数。 from enum import Enum, unique #可以通过从Enum派生出自定义类更精确的控制枚举 @unique #@unique装饰器可以帮助检查保证没有重复值。
class Weekday(Enum):
Sun = 0 # Sun的value被设定为0
Mon = 1
Tue = 2
Wed = 3
Thu = 4
Fri = 5
Sat = 6

type()函数既可以返回一个对象的类型,又可以创建出新的类型。

要创建一个class对象,type()函数依次传入3个参数:

  1. class的名称;
  2. 继承的父类集合,注意Python支持多重继承,如果只有一个父类,别忘了tuple的单元素写法;
  3. class的方法名称与函数绑定,这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。
 >>> def fn(self, name='world'): # 先定义函数
... print('Hello, %s.' % name)
...
>>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 创建Hello class

通过type()函数创建的类和直接写class是完全一样的,但是type()函数也允许我们动态创建出类来。

元类:除了使用type()动态创建类以外,要控制类的创建行为,还可以使用metaclass,直译为元类,简单的解释就是:先定义metaclass,就可以创建类,最后创建实例,可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。

metaclass是Python面向对象里最难理解,也是最难使用的魔术代码,它可以改变类创建时的行为,功能强大,但不常用,使用起来务必小心。