Python学习手册--第六部分(类)

简介: Python学习手册--第六部分(类)

面向对象编程 是最有效的软件编写方法之一。在面向对象编程中,你编写表示现实世界中的事物和情景的类,并基于这些类来创建对象。编写类时,你定义一大类对象都有的通用行为。基于类创建对象 时,每个对象都自动具备这种通用行为,然后可根据需要赋予每个对象独特的个性。使用面向对象编程可模拟现实情景,其逼真程度达到了令你惊讶的地步。
根据类来创建对象被称为实例化 ,这让你能够使用类的实例。在本章中,你将编写一些类并创建其实例。你将指定可在实例中存储什么信息,定义可对这些实例执行哪些操作。你还将编写一些类来扩展既有类的功能,让相似的类能够高效地共享代码。你将把自己编写的类存储在模块中,并在自己的程序文件中导入其他程序员编写的类。
理解面向对象编程有助于你像程序员那样看世界,还可以帮助你真正明白自己编写的代码:不仅是各行代码的作用,还有代码背后更宏大的概念。了解类背后的概念可培养逻辑思维,让你能够通过编写程序来解决遇到的几乎任何问题。

创建和使用类

使用类几乎可以模拟任何东西,下面我们来举个例子:

创建Person类
class Person():
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print(self.name.title() + '现在在吃饭')

    def sleep(self):
        print(self.name.title() + '现在在睡觉')

这里需要注意的东西很多,我们来一一介绍。

方法init()

类中的函数称为方法,你前面学习的函数都可以叫方法。但千万注意了,init()这个方法是非常特殊的,每当你创建Person类的实例时,Python会自动运行它。在这个方法中,开头和末尾都有一个下划线,这是一种约定,是不可以省略的。
我们在该方法中定义了三个形参:self、name、age,形参self必不可少,还必须位于其它形参的前面,为何必须在方法中定义形参self呢?因为Python调用这个方法来创建Person时,将自动传入实参self,每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self,它是一个指向实例本身的引用,让实例能够访问类中的属性和方法。我们创建Person实例时,Python将调用init()方法,我们将通过实参向Person()传递名字和年龄,self会自动传递,因此我们不需要传递它,也就是说,我们只需要传递两个实参即可。

class Person():
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print(self.name.title() + '现在在吃饭')

    def sleep(self):
        print(self.name.title() + '现在在睡觉')


person = Person('张三', 20)
print(person.name)
print(person.age)

在上述程序段中,我们创建了一个Person的实例,并将张三和20作为实参进行传递,此时Python使用实参张三和20调用Person类中的init(),该方法通过我们传递过去的参数创建了一个Person类的实例,并使用我们提供的值来设置属性name和age。方法 init()并未显式地包含return语句,但Python会自动返回一个表示这个人的实例。

访问属性

要访问属性,很简单,创建了实例之后,通过句点表示法调用。

person.name
persn.age
调用方法

调用方法也是一样的,使用句点表示法即可。

person.eat()
person.sleep()

使用类和实例

你可以使用类来模拟现实世界中的很多情景。类编写好后,你的大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上。你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性,也可以编写方法以特定的方式进行修改。
下面来编写一个表示手机的类,它存储了有关手机的信息,还有一个汇总这些信息的方法。

class Phone():
    def __init__(self, color, money, year):
        self.color = color
        self.money = money
        self.year = year

    def get_phone_info(self):
        """ 返回描述信息"""
        info = '颜色:' + self.color + ',价格:' + self.money + ',出厂日期:' + str(self.year)
        return info


phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)

第二次来看这个类应该很简单了吧,不多说了。

给属性指定默认值

类中的每个属性都必须有初始值,哪怕这个值是0或空字符串。在有些情况下,如设置默认值时,在方法init() 内指定这种初始值是可行的;如果你对某个属性这样做了,就无需包含为它提供初始值的形参。
下面来添加一个名为use_time的属性,其初始值总是为0,我们还添加一个名为read_use_time的方法,用户读取手机的使用时间。

class Phone():
    def __init__(self, color, money, year):
        self.color = color
        self.money = money
        self.year = year
        self.use_time = 0

    def read_use_time(self):
        print('手机使用时间:' + str(self.use_time))

    def get_phone_info(self):
        """ 返回描述信息"""
        info = '颜色:' + self.color + ',价格:' + self.money + ',出厂日期:' + str(self.year)
        return info


phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.read_use_time()

运行程序,控制台输出手机使用时间为0,在现实生活中,出售时手机使用时间为0的手机可不多,因此我们需要一个修改该属性的值得途径。

修改属性的值

可以以三种不同的方式修改属性的值:直接通过实例进行修改;通过方法进行设置;通过方法进行递增(增加特定的值)。下面依次介绍这些方法。

直接修改属性的值

要修改属性的值,最简单的方法就是通过实例直接访问它。

class Phone():
 ......

phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.use_time = 10
phone.read_use_time()
通过方法修改属性的值

如果有替你更新属性的方法,将大有裨益。这样,你就无需直接访问属性,而可将值传递给一个方法,由它在内部进行更新。

class Phone():
    ......
    def update_use_time(self, use_time):
        self.use_time = use_time
    ......

phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.update_use_time(10)
phone.read_use_time()
通过方法对属性的值进行递增

有时候需要将属性值递增特定的量,而不是将其设置为全新的值。

class Phone():
     ......
   def increment_use_time(self, time):
        self.use_time += time
    ......

phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.increment_use_time(10)
phone.read_use_time()

继承

编写类时,并非总是要从空白开始。如果你要编写的类是另一个现成类的特殊版本,可使用继承 。一个类继承 另一个类时,它将自动获得另一个类的所有属性和方法;原有的类称为父类 ,而新类称为子类 。子类继承了其父类的所有属性和方法,同时还可以定义自己的属性和方法。

子类的方法init()

创建子类的实例时,Python首先需要完成的任务是给父类的所有属性赋值,为此,子类的方法init()需要父类施以援手。

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

    def eat(self):
        print(self.name + '会吃饭')

    def sleep(self):
        print(self.name + '会睡觉')


class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, age):
        # 初始化父类属性
        super().__init__(name, age)

    def arithmetic(self):
        print(self.name + '会算术')


dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())

首先是Animal类的代码。创建子类时,父类必须包含在当前文件中,且位于子类前面。接下来我们定义了Dog类,定义子类时,必须在括号内指定父类的名称,方法init()接收创建Animal所需的参数。
子类中的super()是一个特殊的函数,帮助Python将父类和子类关联起来,这行代码让Python调用Animal的父类的方法init()方法,让Animal实例包含父类的所有属性。父类也称为超类,名称super因此而得名。

给子类定义属性和方法

让一个类继承另一个类之后,可添加区分子类和父类所需的新属性和方法。
下面来添加一个狗特有的属性,以及一个描述该属性的方法。

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

    def eat(self):
        print(self.name + '会吃饭')

    def sleep(self):
        print(self.name + '会睡觉')


class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, age):
        # 初始化父类属性
        super().__init__(name, age)
        self.food = 'bone'

    def describe_food(self):
        print('狗的食物是' + self.food)

    def arithmetic(self):
        print(self.name + '会算术')


dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())
print(dog.describe_food())
重写父类的方法

对于父类的方法,只要它不符合子类模拟的实物的行为,都可对其进行重写。为此,可在子类中定义一个这样的方法,即它与要重写的父类方法同名。这样,Python将不会考虑这个父类方法,而只关注你在子类中定义的相应方法。
假如有这样一个品种的狗,它很神奇,从来不用睡觉,那么Animal类的sleep()对它来说就毫无意义,因此你可能想重写它。

class Animal():
    ......

class Dog(Animal):
   ......

    def sleep(self):
        print(self.name + '从来不睡觉')

dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())
print(dog.describe_food())

现在,如果有人对Dog类调用方法sleep() ,Python将忽略Animal类中的方法sleep() ,转而运行上述代码。使用继承时,可让子类保留从父类那里继承而来的精华,并剔除不需要的糟粕。

将实例用作属性

使用代码模拟实物时,你可能会发现自己给类添加的细节越来越多:属性和方法清单以及文件都越来越长。在这种情况下,可能需要将类的一部分作为一个独立的类提取出来。你可以将大型类拆分成多个协同工作的小类。
例如,我们在不断给Dog类添加细节时会发现,其中很多属性都是用来描述一只狗的 外观的,在这种情况下,我们可以将这些属性和方法提取出来,放到另一个名为Appearance的类中,并将Appearance的实例用作Dog类的一个属性。

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

    def eat(self):
        print(self.name + '会吃饭')

    def sleep(self):
        print(self.name + '会睡觉')


class Appearance():
    def __init__(self, color='black', height='50'):
        self.color = color
        self.height = height


class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, age):
        # 初始化父类属性
        super().__init__(name, age)
        self.appearance = Appearance()

    def describe_food(self):
        print('狗的食物是' + self.food)

    def arithmetic(self):
        print(self.name + '会算术')

    def sleep(self):
        print(self.name + '从来不睡觉')


dog = Dog('John', 20)
print(dog.appearance.color)
print(dog.appearance.height)

导入类

随着你不断地给类添加功能,文件可能变得很长,即便你妥善地使用了继承亦如此。为遵循Python的总体理念,应让文件尽可能整洁。为在这方面提供帮助,Python允许你将类存储在模块中,然后在主程序中导入所需的模块。

from animal import Animal

animal = Animal('John', 20)
print(animal.name)
print(animal.age)

这跟导入模块的语法是一样的,所以不作过多赘述。

Python标准库

Python标准库 是一组模块,安装的Python都包含它。你现在对类的工作原理已有大致的了解,可以开始使用其他程序员编写好的模块了。可使用标准库中的任何函数和类,为此,只需在程序开头包含一条简单的import 语句。下面来看模块collections 中的一个类——OrderedDict 。
字典让你能够将信息关联起来,但它们不记录你添加键—值对的顺序。要创建字典并记录其中的键—值对的添加顺序,可使用模块collections 中的OrderedDict 类。OrderedDict 实例的行为几乎与字典相同,区别只在于记录了键—值对的添加顺序。

from collections import OrderedDict

favorite_fruit = OrderedDict()

favorite_fruit['zhangsan'] = 'apple'
favorite_fruit['lisi'] = 'banana'
favorite_fruit['wangwu'] = 'pear'

for name, fruit in favorite_fruit.items():
    print(name + '最喜欢的水果是' + fruit)

我们首先从collections中导入了OrderedDict类,然后创建了OrderedDict的实例,并将其保存到了favorite_fruit变量中,这局代码的作用是创建了一个空的有序字典,接下来,我们以每次一对的方式添加键值对,并遍历字典。
这是一个很不错的类,它兼具列表和字典的主要优点(在将信息关联起来的同时保留原来的顺序)。等你开始对关心的现实情形建模时,可能会发现有序字典正好能够满足需求。随着你对标准库的了解越来越深入,将熟悉大量可帮助你处理常见情形的模块。

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