2024年6月16日 Python - 物件導向

物件導向

物件導向技術簡介

• 類(Class): 用來描述具有相同的屬性和方法的物件的集合。它定義了該集合中每個物件所共有的屬性和方法。物件是類的例項。
• 方法：類中定義的函式。
• 類變數：類變數在整個例項化的物件中是公用的。類變數定義在類中且在函式體之外。類變數通常不作為例項變數使用。
• 資料成員：類變數或者例項變數用於處理類及其例項物件的相關的資料。
• 方法重寫：如果從父類繼承的方法不能滿足子類的需求，可以對其進行改寫，這個過程叫方法的覆蓋（override），也稱為方法的重寫。
• 區域性變數：定義在方法中的變數，只作用於當前例項的類。
• 例項變數：在類的宣告中，屬性是用變數來表示的，這種變數就稱為例項變數，例項變數就是一個用 self 修飾的變數。
• 繼承：即一個派生類（derived class）繼承基類（base class）的欄位和方法。繼承也允許把一個派生類的物件作為一個基類物件對待。例如，有這樣一個設計：一個 Dog 型別的物件派生自 Animal 類，這是模擬"是一個（is-a）"關係（例圖，Dog是一個Animal）。
• 例項化：建立一個類的例項，類的具體物件。
• 物件：透過類定義的資料結構例項。物件包括兩個資料成員（類變數和例項變數）和方法。

和其它程式語言相比，Python 在儘可能不增加新的語法和語義的情況下加入了類機制。

Python 中的類提供了物件導向程式設計的所有基本功能：類的繼承機制允許多個基類，派生類可以覆蓋基類中的任何方法，方法中可以呼叫基類中的同名方法。

物件可以包含任意數量和型別的資料。

類定義

語法格式如下：

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

類例項化後，可以使用其屬性，實際上，建立一個類之後，可以透過類名訪問其屬性。

類物件

類物件支援兩種操作：屬性引用和例項化。

屬性引用使用和 Python 中所有的屬性引用一樣的標準語法：obj.name

類物件建立後，類名稱空間中所有的命名都是有效屬性名。

#!/usr/bin/python3

class MyClass:
    """一個簡單的類例項"""
    i = 12345

    def f(self):
        return 'hello world'


# 例項化類
x = MyClass()

# 訪問類的屬性和方法
print("MyClass 類的屬性 i 為：", x.i)  # 12345
print("MyClass 類的方法 f 輸出為：", x.f())  # hello world

類有一個名為 __init__() 的特殊方法（構造方法），該方法在類例項化時會自動呼叫

def __init__(self):
    self.data = []

__init__() 方法可以有引數，引數透過 __init__() 傳遞到類的例項化操作上

#!/usr/bin/python3

class Complex:
    def __init__(self, realpart, imagpart):
        self.r = realpart
        self.i = imagpart


x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r, x.i)  # 輸出結果：3.0 -4.5

self 代表類的例項，而非類

類的方法與普通的函式只有一個特別的區別——它們必須有一個額外的 第一個引數名稱 , 按照慣例它的名稱是 self

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)


t = Test()
t.prt()

執行結果為：

<__main__.Test object at 0x000001991DD32BC0>
<class '__main__.Test'>

從執行結果可以很明顯的看出，self 代表的是類的例項，代表當前物件的地址，而 self.__class__ 則指向類。

self 不是 python 關鍵字，我們把他換成 runoob 也是可以正常執行的:

類的方法

在類的內部，使用 def 關鍵字來定義一個方法，與一般函式定義不同，類方法必須包含引數 self , 且為第一個引數，self 代表的是類的例項。

#!/usr/bin/python3

# 類定義
class people:
    # 定義基本屬性
    name = ''
    age = 0
    # 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
    __weight = 0

    # 定義構造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 說: 我 %d 歲，重 %d kg" % (self.name, self.age, self.__weight))


# 例項化類
p = people('runoob', 10, 30)
p.speak()   # runoob 說: 我 10 歲，我重 30 kg

繼承

派生類的定義如下所示:

class DerivedClassName(BaseClassName):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

子類（派生類 DerivedClassName ）會繼承父類（基類 BaseClassName ）的屬性和方法。

BaseClassName（例項中的基類名）必須與派生類定義在一個作用域內。除了類，還可以用表示式，基類定義在另一個模組中時這一點非常有用:

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

例項：

#!/usr/bin/python3

# 類定義
class people:
    # 定義基本屬性
    name = ''
    age = 0
    # 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
    __weight = 0

    # 定義構造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 說: 我 %d 歲。" % (self.name, self.age))


# 單繼承示例
class student(people):
    grade = ''

    def __init__(self, n, a, w, g):
        # 呼叫父類的構函
        people.__init__(self, n, a, w)
        self.grade = g

    # 覆寫父類的方法
    def speak(self):
        print("%s 說: 我 %d 歲了，我在讀 %d 年級" % (self.name, self.age, self.grade))


s = student('ken', 10, 60, 3)
s.speak()   # ken 說: 我 10 歲了，我在讀 3 年級

多繼承

Python 同樣有限的支援多繼承形式。多繼承的類定義形如下例：

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圓括號中父類的順序，若是父類中有相同的方法名，而在子類使用時未指定，python 從左至右 搜尋 ，即方法在子類中未找到時，從左到右查詢父類中是否包含方法。

#!/usr/bin/python3

# 類定義
class people:
    # 定義基本屬性
    name = ''
    age = 0
    # 定義私有屬性,私有屬性在類外部無法直接進行訪問
    __weight = 0

    # 定義構造方法
    def __init__(self, n, a, w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w

    def speak(self):
        print("%s 說: 我 %d 歲。" % (self.name, self.age))


# 單繼承示例
class student(people):
    grade = ''

    def __init__(self, n, a, w, g):
        # 呼叫父類的構函
        people.__init__(self, n, a, w)
        self.grade = g

    # 覆寫父類的方法
    def speak(self):
        print("%s 說: 我 %d 歲了，我在讀 %d 年級" % (self.name, self.age, self.grade))


# 另一個類，多重繼承之前的準備
class speaker():
    topic = ''
    name = ''

    def __init__(self, n, t):
        self.name = n
        self.topic = t

    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一個演說家，我演講的主題是 %s" % (self.name, self.topic))


# 多重繼承
class sample(speaker, student):
    a = ''

    def __init__(self, n, a, w, g, t):
        student.__init__(self, n, a, w, g)
        speaker.__init__(self, n, t)


test = sample("Tim", 25, 80, 4, "Python")
test.speak()  # 方法名同，預設呼叫的是在括號中引數位置排前父類的方法

方法重寫

#!/usr/bin/python3

class Parent:  # 定義父類
    def myMethod(self):
        print('呼叫父類方法')


class Child(Parent):  # 定義子類
    def myMethod(self):
        print('呼叫子類方法')


c = Child()  # 子類例項
c.myMethod()  # 子類呼叫重寫方法
super(Child, c).myMethod()  # 用子類物件呼叫父類已被覆蓋的方法

super() 函式 是用於呼叫父類(超類)的一個方法。

類屬性與方法

類的私有屬性

__private_attrs ：兩個下劃線開頭，宣告該屬性為私有，不能在類的外部被使用或直接訪問。在類內部的方法中使用時 self.__private_attrs

類的方法

在類的內部，使用 def 關鍵字來定義一個方法，與一般函式定義不同，類方法必須包含引數 self，且為第一個引數，self 代表的是類的例項。

self 的名字並不是規定死的，也可以使用 this，但是最好還是按照約定使用 self

類的私有方法

__private_method：兩個下劃線開頭，宣告該方法為私有方法，只能在類的內部呼叫 ，不能在類的外部呼叫。self.__private_methods

類的專有方法

• __init__ : 建構函式，在生成物件時呼叫
• __del__ : 解構函式，釋放物件時使用
• __repr__ : 列印，轉換
• __setitem__ : 按照索引賦值
• __getitem__ : 按照索引獲取值
• __len__ : 獲得長度
• __cmp__ : 比較運算
• __call__ : 函式呼叫
• __add__ : 加運算
• __sub__ : 減運算
• __mul__ : 乘運算
• __truediv__ : 除運算
• __mod__ : 求餘運算
• __pow__ : 乘方

運算子過載

Python 同樣支援運算子過載，我們可以對類的專有方法進行過載

#!/usr/bin/python3

class Vector:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b

    def __str__(self):
        return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)

    def __add__(self, other):
        return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)


v1 = Vector(2, 10)
v2 = Vector(5, -2)
print(v1 + v2)  # 這裡 + 過載