全網最適合入門的物件導向程式設計教程：11 類和物件的Python實現-子類呼叫父類方法-模擬串列埠感測器和主機

FreakStudio發表於2024-07-09
物件程式設計Python串列埠

全網最適合入門的物件導向程式設計教程：11 類和物件的 Python 實現-子類呼叫父類方法-模擬串列埠感測器和主機

摘要：

本節課，我們主要講解了在 Python 類的繼承中子類如何進行初始化、呼叫父類的屬性和方法，同時講解了模擬串列埠感測器和主機類的具體實現，並使用 xcom 串列埠助手與兩個類進行串列埠通訊使用。

原文連結：

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文件和程式碼獲取：

可訪問如下連結進行對文件下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

image

本文件主要介紹如何使用 Python 進行物件導向程式設計，需要讀者對 Python 語法和微控制器開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 物件導向程式設計的部落格或書籍而言，本文件更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串列埠資料收發、資料處理、動態圖繪製等為應用例項，同時使用 Sourcetrail 程式碼軟體對程式碼進行視覺化閱讀便於讀者理解。

相關示例程式碼獲取連結如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

模擬串列埠感測器和主機類的具體實現：

接下來看一下我們新建的兩個類方法的具體實現，可以明確的是，SensorClass 和 MasterClass 都需要呼叫 SerialClass 類中有關串列埠收發的方法，也就是子類呼叫父類的方法，子類呼叫父類的方法有三種方式：

  • 父類名.方法名(self)：此時需要加上父類的類名字首，且需要帶上 self 引數變數。該方法單繼承或多繼承均適用。
  • super(子類名，self).父類方法名()/super().父類方法名：使用 super()函式，但如果涉及多繼承，該函式只能呼叫第一個直接父類的構造方法。

SensorClass 類的實現

（1）首先，我們將 SensorClass 中工作狀態的對應字元表示和命令對應字元表示設定為類屬性，什麼意思？我們來看如下程式碼：

class SensorClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   RESPOND_MODE-響應模式-0_
    _#   LOOP_MODE   -迴圈模式-1_
    RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 傳送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 傳送資料命令   -3_
    START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

類屬性歸類所有，與前面講的例項屬性不同，類屬性就相當與全域性變數，是例項物件共有的屬性，類屬性影響類的所有物件；而例項物件的屬性為例項物件自己私有，例項屬性隻影響當前物件。類屬性常用於儲存常量、定義預設值或構造一個所有物件都能訪問的快取。

這裡，我們定義了兩種類屬性：

RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)

用於表示 SensorClass 不同工作模式。

START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

用於表示不同命令。

（2）在初始化中，我們呼叫父類初始化方法進行，同時可以在初始化 SensorClass 類時指定 id、state、port 三個引數。

def __init__(self,id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE,port:str = "COM11"):
        # 呼叫父類的初始化方法，super() 函式將父類和子類連線
        super().__init__(port)
        self.sensorvalue = 0
        self.sensorid    = id
        self.sensorstate = state

這裡，實際上 SensorClass 類初始化的引數應該包括其他有關串列埠配置相關的引數（波特率、校驗位、資料位、停止位），由於串列埠通訊雙方這些引數配置相同，這裡為了方便講解故而簡化。

（3）模擬感測器上電初始化，在實際感測器上電過程中會完成校準、自檢等操作，這裡我們簡單輸出感測器狀態和 ID 號：

_# 感測器上電初始化_
    def InitSensor(self):
        _# 感測器上電初始化工作_
        _# 同時輸出ID號以及狀態_
        print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))

（4）在感測器使能和關閉方法中，我們開啟或關閉串列埠並列印相關資訊：

_# 開啟感測器_
    def StartSensor(self):
        super().OpenSerial()
        print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
        
    _# 停止感測器_
    def StopSensor(self):
        super().CloseSerial()
        print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))

（5）在感測器傳送 ID 號的方法中，我們呼叫了父類的 WriteSerial 方法：

_# 傳送感測器ID號_
    def SendSensorID(self):
        super().WriteSerial(str(self.sensorid))
        print("Sensor %d send id "%self.sensorid)

（6）在感測器傳送資料方法中，我們使用如下語句生成一個隨機數：

_# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)

注意，此方法需要使用 import random 語句匯入 random 庫。

同時呼叫父類的 WriteSerial 方法實現感測器資料的傳送：

_# 傳送感測器資料_
    def SendSensorValue(self):
        _# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)
        super().WriteSerial(str(data))
        print("Sensor %d send data  %d" % (self.sensorid,data))

（7）在感測器接收命令方法中，我們呼叫了父類的 ReadSerial 接收命令：

_# 接收主機指令_
    def RecvMasterCMD(self):
        cmd = super().ReadSerial()
        print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
        return cmd

MasterClass 類的實現

（1）首先定義關於工作模式和命令的類屬性：

class MasterClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   BUSY_STATE  -忙碌狀態-0_
    _#   IDLE_STATE  -空閒狀態-1_
    BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 傳送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 傳送資料命令   -3_
    START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)

（2）在初始化函式中呼叫父類的初始化方法，並定義 valuequeue 和__masterstatue 屬性：

_# 類的初始化_
    def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"):
        _# 呼叫父類的初始化方法，super() 函式將父類和子類連線_
        super().__init__(port)
        self.valuequeue   = queue.Queue(10)
        self.__masterstatue = state

（3）在 StartMaster 方法中我們開啟串列埠並使用 logging.info（）方法輸出除錯資訊：

_# 開啟主機_
    def StartMaster(self):
        super().OpenSerial()
        logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)

這裡，需要匯入 logging 庫並設定日誌輸出級別：

import logging
_# 設定日誌輸出級別_
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

（4）關閉主機方法中呼叫父類的 CloseSerial 方法：

_# 停止主機_
    def StopMaster(self):
        super().CloseSerial()
        logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)

（5）如下呼叫父類的 ReadSerial 方法接收 ID 號和資料：

_# 接收感測器ID號_
    def RecvSensorID(self):
        sensorid = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
        return sensorid

    _# 接收感測器資料_
    def RecvSensorValue(self):
        data = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
        self.valuequeue.put(data)
        return data

（6）呼叫父類的 WriteSerial 方法傳送指令：

_# 主機傳送命令_
    def SendSensorCMD(self,cmd):
        super().WriteSerial(str(cmd))
        logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))

（7）如下 RetMasterStatue 方法獲取主機狀態：

_# 主機返回工作狀態-_
    def RetMasterStatue(self):
        return self.__masterstatue

完整程式碼

以下為兩個類的完整程式碼：

class SensorClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   RESPOND_MODE -響應模式-0_
    _#   LOOP_MODE    -迴圈模式-1_
    RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 傳送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 傳送資料命令   -3_
    START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

    _# 類的初始化_
    def __init__(self,port:str = "COM11",id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE):
        _# 呼叫父類的初始化方法，super() 函式將父類和子類連線_
        super().__init__(port)
        self.sensorvalue = 0
        self.sensorid    = id
        self.sensorstate = state
    _# 感測器上電初始化_
    def InitSensor(self):
        _# 感測器上電初始化工作_
        _# 同時輸出ID號以及狀態_
        print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))
    _# 開啟感測器_
    def StartSensor(self):
        super().OpenSerial()
        print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
    _# 停止感測器_
    def StopSensor(self):
        super().CloseSerial()
        print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))
    _# 傳送感測器ID號_
    def SendSensorID(self):
        super().WriteSerial(str(self.sensorid))
        print("Sensor %d send id "%self.sensorid)
    _# 傳送感測器資料_
    def SendSensorValue(self):
        _# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)
        super().WriteSerial(str(data))
        print("Sensor %d send data  %d" % (self.sensorid,data))
    _# 接收主機指令_
    def RecvMasterCMD(self):
        cmd = super().ReadSerial()
        print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
        return cmd

class MasterClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   BUSY_STATE  -忙碌狀態-0_
    _#   IDLE_STATE  -空閒狀態-1_
    BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1)
    START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)

    _# 類的初始化_
    def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"):
        _# 呼叫父類的初始化方法，super() 函式將父類和子類連線_
        super().__init__(port)
        self.valuequeue   = queue.Queue(10)
        self.__masterstatue = state
    _# 開啟主機_
    def StartMaster(self):
        super().OpenSerial()
        logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)
    _# 停止主機_
    def StopMaster(self):
        super().CloseSerial()
        logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)
    _# 接收感測器ID號_
    def RecvSensorID(self):
        sensorid = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
        return sensorid
    _# 接收感測器資料_
    def RecvSensorValue(self):
        data = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
        self.valuequeue.put(data)
        return data
    _# 主機傳送命令_
    def SendSensorCMD(self,cmd):
        super().WriteSerial(str(cmd))
        logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))
    _# 主機返回工作狀態-_
    def RetMasterStatue(self):
        return self.__masterstatue

模擬例項

這裡，我們使用 XCOM 軟體和我們的 Python 程式進行互動。

感測器實驗模擬

這裡，我們首先在主函式中建立感測器物件，完成初始化後使能感測器中串列埠模組，並設定迴圈，輪詢讀取指令並執行操作，示例程式碼如下：

if __name__ == "__main__":
    _# 建立感測器物件_
    s = SensorClass(port="COM11", id=1, state=SensorClass.RESPOND_MODE)
    _# 初始化感測器_
    s.InitSensor()
    _# 感測器開啟_
    s.StartSensor()

    while True:
        _# 根據不同指令執行不同操作_
        cmd = s.RecvMasterCMD()
        _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_
        if cmd == SensorClass.SENDID_CMD:
            s.SendSensorID()
        elif cmd == SensorClass.SENDVALUE_CMD:
            s.SendSensorValue()
        elif cmd == SensorClass.STOP_CMD:
            s.StopSensor()
            break
    print(" Sensor Stop Work!")

我們來看一下實際驗證效果：

image

主機實驗模擬

這裡，我們首先在主函式中建立並開啟主機物件，我們的 xcom 模擬感測器，主機在輪詢中傳送接收資料指令，並將接收的資料加入主機類的佇列，最後傳送停機命令，並關閉主機。

if __name__ == "__main__":
    m = MasterClass(state=MasterClass.IDLE_STATE, port="COM17")
    m.StartMaster()

    _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_
    _# 傳送指令，獲取感測器ID_
    m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDID_CMD)
    m.RecvSensorID()

    for i in range(3):
        _# 傳送指令，獲取感測器資料_
        m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDVALUE_CMD)
        m.RecvSensorValue()

    m.SendSensorCMD(MasterClass.STOP_CMD)
    m.StopMaster()

    print("Master Stop Work!")

這裡我們將主機日誌列印到檔案中：

_# 在配置下日誌輸出目標檔案和日誌格式_
LOG_FORMAT = "%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s"
logging.basicConfig(filename='my.log', level=logging.DEBUG, format=LOG_FORMAT)

我們來看一下實際驗證效果：

image

可以看到兩個實驗都可以完整執行，關於兩個類的互動工作，我們將在後續多執行緒中講到。

image

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