圖解python | 物件導向程式設計

ShowMeAI發表於2022-02-23
圖解Python物件程式設計

ShowMeAI研究中心

作者：韓信子@ShowMeAI
教程地址：http://www.showmeai.tech/tutorials/56
本文地址：http://www.showmeai.tech/article-detail/88
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1.Python物件導向

物件導向程式設計，在英文中稱之為Object Oriented Programming，簡稱OOP，是一種程式設計思想。OOP把物件作為程式的基本單元，一個物件包含了資料和運算元據的函式。

Python是一個純天然物件導向的程式語言，在Python中，所有資料型別都可以視為物件。自定義的物件資料型別就是物件導向中的類（Class）的概念。

Python 物件導向程式設計知識地圖@ShowMeAI

2.物件導向概念

  • 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：通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。

相比其它程式語言，Python的類機制非常簡潔，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。

3.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，可以通過類名訪問其屬性。

4.類物件

建立類物件

（1）屬性引用和例項化

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。所以如果類定義是這樣:

class NewClass:
    """一個簡單的類例項"""
    num = 123456
    def f(self):
        return 'hello ShowMeAI'
 
# 例項化類
x = NewClass()
 
# 訪問類的屬性和方法
print("NewClass 類的屬性 num 為：", x.num)
print("NewClass 類的方法 f 輸出為：", x.f())

以上建立了一個新的類例項並將該物件賦給區域性變數 x，x 為空的物件。

執行以上程式輸出結果為：

NewClass 類的屬性 num 為： 123456
NewClass 類的方法 f 輸出為： hello ShowMeAI

（2）建構函式

類有一個名為 __init__() 的特殊方法（構造方法/建構函式），該方法在類例項化時會自動呼叫，像下面這樣：

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

類定義了 __init__() 方法，類的例項化操作會自動呼叫 __init__() 方法。如下例項化類NewClass，對應的 __init__() 方法就會被呼叫:

x = NewClass()

當然， __init__() 方法可以有引數，引數通過 __init__() 傳遞到類的例項化操作上。例如（程式碼可以在線上python3環境中執行）:

class MyComplex:
    def __init__(self, real_part, imag_part):
        self.r = real_part
        self.i = imag_part
x = MyComplex(5.0, -3.4)
print(x.r, x.i)   # 輸出結果：5.0 -3.4

（3）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()

以上例項執行結果為：

<__main__.Test instance at 0x100724179>
__main__.Test

通過執行結果，可以看出，self代表的是類的例項（包含當前物件的地址資訊），而self.class則指向類。

注意這裡的self並不是python關鍵字，把他換成其他名稱，比如showmeai，也是可以正常執行的（程式碼可以在線上python3環境中執行）:

class Test:
    def prt(showmeai):
        print(showmeai)
        print(showmeai.__class__)
 
t = Test()
t.prt()

以上例項執行結果為：

<__main__.Test instance at 0x100724179>
__main__.Test

5.類的方法

在類的內部，我們可以使用 def 關鍵字來定義類方法，類方法必須包含引數self, 且其為第一個引數，self代表的是類的例項。例如（程式碼可以在線上python3環境中執行）

class Person:
    #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 talk(self):
        print("%s的年齡是 %d 歲。" %(self.name,self.age))
 
# 例項化類
p = Person('ShowMeAI',30,30)
p.talk()

執行以上程式輸出結果為：

ShowMeAI的年齡是 30 歲。

6.繼承

Python 同樣支援類的繼承。派生類的定義如下所示:

class DerivedClass(BaseClass):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

子類（派生類/DerivedClass）會繼承父類（基類/BaseClass）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):

#類定義
class person:
    #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 talk(self):
        print("%s的年齡是 %d 歲。" %(self.name,self.age))
 
#單繼承示例
class student(person):
    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 talk(self):
        print("%s的年齡是 %d 歲，目前在讀 %d 年級"%(self.name,self.age,self.grade))
 
s = student('小Show',12,60,5)
s.talk()

執行以上程式輸出結果為：

小Show的年齡是 12 歲，目前在讀 5 年級

7.多繼承

Python同樣支援多繼承形式。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。

#類定義
class person:
    #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的年齡是 %d 歲。" %(self.name,self.age))

#單繼承示例
class student(person):
    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 talk(self):
        print("%s的年齡是 %d 歲，目前在讀 %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 talk(self):
        print("%s是一個演說家，今天ta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("ShowMeAI",25,80,4,"Python")
test.talk()   #方法名同，預設呼叫的是在括號中排前地父類的方法

執行以上程式輸出結果為：

ShowMeAI是一個演說家，今天ta演講的主題是 Python

8.方法重寫

如果你的父類方法的功能不能滿足你的需求，你可以在子類重寫你父類的方法，例項如下：

class Parent:        # 定義父類
   def my_method(self):
      print ('呼叫父類方法')
 
class Child(Parent): # 定義子類
   def my_method(self):
      print ('呼叫子類方法')
 
c = Child()          # 子類例項
c.my_method()         # 子類呼叫重寫方法
super(Child,c).my_method() #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。

執行以上程式輸出結果為：

呼叫子類方法
呼叫父類方法

9.類屬性與方法

（1）類的私有屬性

__private_attrs：由兩個下劃線開頭，宣告為私有屬性，不能在類的外部被使用或直接訪問。在類內部的方法中可以使用，使用方法為 self.__private_attrs。

（2）類的方法

在類的內部定義的成員方法，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，但建議還是按照約定使用 self。

（3）類的私有方法

__private_method：由兩個下劃線開頭，宣告為私有方法，只能在類的內部呼叫，使用方法為 self.__private_methods。

類的私有屬性示例程式碼如下：

class NewCounter:
    __secret_count = 0  # 私有變數
    public_count = 0    # 公開變數
 
    def count(self):
        self.__secret_count += 1
        self.public_count += 1
        print (self.__secret_count)
 
counter = NewCounter()
counter.count()
counter.count()
print (counter.public_count)
print (counter.__secret_count)  # 報錯，例項不能訪問私有變數

執行以上程式輸出結果為：

1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 16, in <module>
    print (counter.__secret_count)  # 報錯，例項不能訪問私有變數
AttributeError: 'NewCounter' object has no attribute '__secret_count'

類的私有方法例項如下：

class WebSite:
    def __init__(self, name, url):
        self.name = name       # public
        self.__url = url   # private
 
    def who(self):
        print('name  : ', self.name)
        print('url : ', self.__url)
 
    def __foo(self):          # 私有方法
        print('這是私有方法')
 
    def foo(self):            # 公共方法
        print('這是公共方法')
        self.__foo()
 
x = WebSite('ShowMeAI知識社群', 'www.showmeai.tech')
x.who()        # 正常輸出
x.foo()        # 正常輸出
x.__foo()      # 報錯

（4）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

（5）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，例項如下：

class MyVector:
   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 = MyVector(2,10)
v2 = MyVector(5,-2)
print(v1 + v2)

以上程式碼執行結果如下所示:

Vector(7,8)

10.視訊教程

請點選到B站檢視【雙語字幕】版本

https://www.bilibili.com/video/BV1yg411c7Nw

資料與程式碼下載

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本教程系列涉及的Python速查表可以在以下地址下載獲取：

擴充參考資料

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