Python类与对象

面向对象

定义类

创建对象

类的成员

实例变量

构造方法

实例方法

类变量

类方法

封装性

私有变量

私有方法

使用属性

继承性

Python中的继承

多继承

方法重写

多态性

继承与多态

鸭子类型测试与多态

面向对象

类和对象都是面向对象中的重要概念。面向对象是一种编程思想，即按照真实世界的思维方式构建软件系统。

例如，在真实世界的校园里有学生和老师，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），还有学习、提问、吃饭和走路等动作（方法）。如果我们要开发一个校园管理系统，那么在构建软件系统时，也会有学生和老师等“类”，张同学、李同学是学生类的个体，被称为“对象”， “对象”也被称为“实例”。

定义类

Python中的数据类型都是类，我们可以自定义类，即创建一种新的数据类型。Python中类的定义语法格式如下所示。

class 类名[(父类)]: # 父类可以省略声明，表示直接继承object类#类体
class Car(object):pass # pass语句只能维持程序结构的完整。我们在编程时如果不想马上编写程序，又不想有语法错误，就可以使用pass语句

小汽车（Car）类继承了object类，object类是所有类的根类，在Python中任何一个类（除object外）都直接或间接地继承了object，直接继承object时（object）部分的代码可以省略。

创建对象

类相当于一个模板，依据这样的模板来创建对象，就是类的实例化，所以对象也被称为“实例”。

class Car(object):#类体pass
car=Car() # 创建一个小汽车对象小括号表示调用构造方法，构造方法用于初始化对象

对象不再使用时需要被销毁。在Python中销毁对象时由Python垃圾回收器在后台释放对象，不需要程序员手动释放对象。

类的成员

成员变量也被称为数据成员，保存了类或对象的数据。例如，学生的姓名和学号。构造方法是一种特殊的函数，用于初始化类的成员变量。成员方法是在类中定义的函数。属性是对类进行封装而提供的特殊方法。

注意：实例变量和实例方法属于对象，通过对象调用。而类变量和类方法属于类，通过类调用。

实例变量

实例变量就是对象个体特有的“数据”，例如狗狗的名称和年龄等。

class Dog:def __init__(self,name,age): # 构造方法，用来初始化实例变量self.name=name # 创建和初始化实例变量nameself.age=age # 创建和初始化实例变量age
d=Dog('球球',2) # 创建对象
print('我们家狗狗名叫{0},{1}岁了。'.format(d.name,d.age)) # 对实例变量通过“对象.实例变量”形式访问

类中的self表示当前对象，构造方法中的self参数说明这个方法属于实例，self.age中的self表示age属于实例，即实例成员变量

构造方法

类中的__init__（）方法是一个非常特殊的方法，用来创建和初始化实例变量，这种方法就是“构造方法”。在定义__init__（）方法时，它的第1个参数应该是self，之后的参数用来初始化实例变量。调用构造方法时不需要传入self参数。

class Dog:def __init__(self,name,age,sex='雌性'): # 第一个参数必须是self,带有默认值的构造方法，能够给调用者提供多个不同版本的构造方法self.name=name # 创建和初始化实例变量nameself.age=age # 创建和初始化实例变量ageself.sex=sex # 创建和初始化实例变量sex
d1=Dog('球球',2) # 创建对象调用构造方法，省略默认值
d2=Dog('哈哈',1,'雌性')
d3=Dog(name='拖布',sex='雄性',age=3) # 使用关键字参数调用构造方法
print('{0}:{1}岁{2}。'.format(d1.name,d1.age,d1.sex))
print('{0}:{1}岁{2}。'.format(d2.name,d2.age,d2.sex))
print('{0}:{1}岁{2}。'.format(d3.name,d3.age,d3.sex))

输出结果

球球:2岁雌性。
哈哈:1岁雌性。
拖布:3岁雄性。

实例方法

实例方法与实例变量一样，都是某个实例（或对象）个体特有的方法。定义实例方法时，它的第1个参数也应该是self，这会将当前实例与该方法绑定起来，这也说明该方法属于实例。在调用方法时不需要传入 self，类似于构造方法。

class Dog:# 构造方法def __init__(self,name,age,sex='雌性'):self.name=nameself.age=ageself.sex=sex# 实例方法def run(self): # 定义实例方法，只有一个self参数print('{}在跑...'.format(self.name))# 实例方法def speak(self,sound): # 定义实例方法，第一个参数是self，第二个参数是soundprint('{}在叫，"{}"!'.format(self.name,sound))
dog=Dog('球球',2)
dog.run() # 在调用时采用“对象.实例方法”形式，不需要传递参数
dog.speak('旺 旺 旺')

输出结果

球球在跑...
球球在叫，"旺 旺 旺"!

类变量

类变量是属于类的变量，不属于单个对象。例如，有一个Account（银行账户）类，它有三个成员变量：amount（账户金额）、interest_rate （利率）和owner（账户名）。amount和owner对于每一个账户都是不同的，而interest_rate对于所有账户都是相同的。amount和owners是实例变量，interest_rate是所有账户实例共享的变量，它属于类，被称为“类变量”。

class Account:interest_rate=0.0568 # 类变量利率interest_ratedef __init__(self,owner,amount):self.owner=owner # 创建并初始化实例变量ownerself.amount=amount # 创建并初始化实例变量amount
account=Account('Tony',800000.0)
print('账户名:{0}'.format(account.owner)) # 对实例对象通过”对象.实例变量“形式访问
print('账户金额:{0}'.format(account.amount))
print('利率:{0}'.format(Account.interest_rate)) # 对类变量通过”类名.类变量“形式访问

类方法

类方法与类变量类似，属于类，不属于个体实例。在定义类方法时，它的第1个参数不是self，而是类本身。

class Account:interest_rate=0.068 #类变量利率def __init__(self,owner,amount):self.owner=owner # 定义实力变量self.amount=amount# 类方法@classmethod # 定义类方法需要的装饰器，装饰器以@开头修饰函数、方法和类，用来约束他们def interest_by(cls,amt): # cls代表类自身，即Account类return cls.interest_rate*amt # cls可以直接使用Account替换
interest=Account.interest_by(12000.0) # 对类方法可以通过”类名.类方法“形式访问
print('计算利息:{0:.4f}'.format(interest))

输出结果

计算利息:816.0000

注意：类方法可以访问类变量和其他类方法，但不能访问其他实例方法和实例变量。

封装性

封装性是面向对象重要的基本特性之一。封装隐藏了对象的内部细节，只保留有限的对外接口，外部调用者不用关心对象的内部细节，使得操作对象变得简单。

例如，一台计算机内部极其复杂，有主板、CPU、硬盘和内存等，而一般人不需要了解它的内部细节。计算机制造商用机箱把计算机封装起来，对外提供了一些接口，如鼠标、键盘和显示器等，使用计算机就变得非常简单。

私有变量

为了防止外部调用者随意存取类的内部数据（成员变量），内部数据（成员变量）会被封装为“私有变量”。外部调用者只能通过方法调用私有变量。在默认情况下，Python中的变量是公有的，可以在类的外部访问它们。如果想让它们成为私有变量，则在变量前加上双下画线（__）即可。

class Account:__interest_rate=0.0568 # 私有型变量def __init__(self,owner,amount):self.owner=ownerself.__amount=amountdef desc(self): # 在类的内部可以访问私有变量print("{0} 金额：{1} 利率：{2}。".format(self.owner,self.__amount,Account.__interest_rate))
account=Account('Tony',800000.0)
account.desc()print('账户名：{0}'.format(account.owner))
print('账户金额：{0}'.format(account.__amount)) # 错误发生
print('利率：{0}'.format(Account.__interest_rate)) # 错误发生,在类的外部不可以访问私有变量

私有方法

私有方法与私有变量的封装是类似的，在方法前加上双下画线（__ ）就是私有方法了。

class Account:__interest_rate=0.0568 # 私有型变量def __init__(self,owner,amount):self.owner=ownerself.__amount=amountdef __get_info(self):return "{0} 金额：{1} 利率：{2}。".format(self.owner,self.__amount,Account.__interest_rate)def desc(self): # 在类的内部可以访问私有变量print(self.__get_info()) # 在类的内部可以调用私有方法
account=Account('Tony',800000.0)
account.desc()
account.__get_info() # 发生错误，在类的外部调用私有方法，则发生错误

使用属性

为了实现对象的封装，在一个类中不应该有公有的成员变量，这些成员变量应该被设计为私有的，然后通过公有的set （赋值）和get（取值）方法访问。

使用set和get方法进行封装，示例代码如下：

class Dog:# 构造方法def __init__(self,name,age,sex='雌性'):self.name=nameself.__age=age# 实例方法def run(self):print("{}在跑...".format(self.name))# get方法,定义get()方法，返回私有实例变量__agedef get_age(self):return self.__age# set方法，定义set()方法，通过age参数更新私有实例变量__agedef set_age(self,age):self.__age=age
dog=Dog('球球',2)
print('狗狗年龄：{}'.format(dog.get_age())) # 通过get方法取值
dog.set_age(3) # 通过set方法赋值
print('修改后狗狗年龄：{}'.format(dog.get_age()))

输出结果

狗狗年龄：2
修改后狗狗年龄：3

在上面的示例中，当外部调用者通过两个公有方法访问被封装的私有成员变量时，会比较麻烦。所以我们可以在类中定义属性，属性可以替代get()和set()这两个公有方法，在调用时比较简单。

使用属性方式修改上面的示例，代码如下：

class Dog:# 构造方法def __init__(self,name,age,sex='雌性'):self.name=nameself.__age=age # 私有变量__age，对应的属性名应该去除前面双下画线之后的名称,即age# 实例方法def run(self):print("{}在跑...".format(self.name))@property # 定义age属性的get()方法，使用@property装饰器进行修饰，方法名就是属性名，即agedef age(self): # 替代get_age(self)return self.__age@age.setter # 定义age属性的set()方法，使用@age.setter装饰器进行修饰，age时属性名def age(self,age): # 替代set__age(self,age)self.__age=age
dog=Dog('球球',2)
print('狗狗年龄：{}'.format(dog.age())) # 可以通过属性取值，访问形式为”实例.属性“
dog.age(3) # 可以通过属性赋值，访问形式为”实例.属性“
print('修改后狗狗年龄：{}'.format(dog.age()))

属性在本质上就是两个方法，在方法前加上装饰器使得方法成为属性。属性使用起来类似于公有变量，可以在赋值符(=)左边或右边，左边被赋值，右边取值。

继承性

继承性也是面向对象重要的基本特性之一。在现实世界中继承关系无处不在。例如猫与动物之间的关系：猫是一种特殊动物，具有动物的全部特征和行为，即数据和操作。在面向对象中动物是一般类，被称为“父类”；猫是特殊类，被称为“子类”。特殊类拥有一般类的全部数据和操作，可称之为子类继承父类。

Python中的继承

在Python中声明子类继承父类，语法很简单，定义类时在类的后面使用一对小括号指定它的父类就可以了。

class Animal: # 定义父类动物(Animal)def __init__(self,name):self.name=namedef show_info(self):return "动物的名字：{0}".format(self.name)def move(self):print("动一动...")
class Cat(Animal): # 定义子类猫(Cat)def __init__(self,name,age):super().__init__(name) # 调用父类构造方法，初始化父类成员变量self.age=age
cat=Cat('Tom',2)
cat.move()
print(cat.show_info())

输出结果

动一动...
动物的名字：Tom

注意：子类继承父类时，只有那些公有的成员变量和方法才可以被继承。

多继承

在Python中，当子类继承多个父类时，如果在多个父类中有相同的成员方法或成员变量，则子类优先继承左边父类中的成员方法或成员变量，从左到右继承级别从高到低。

class Horse:def __init__(self,name):self.name=namedef show_info(self):return "马的名字：{0}".format(self.name)def run(self):print("马跑...")
class Donkey:def __init__(self,name):self.name=namedef show_info(self):return "驴的名字：{0}".format(self.name)def run(self):print("驴跑...")def roll(self):print("驴打滚...")
class Mule(Horse,Donkey):def __init__(self,name,age):super().__init__(name)self.age=age
m=Mule('骡宝利',1)
m.run() # 继承父类Horse方法
m.roll() # 继承父类Donkey方法
print(m.show_info()) # 继承父类Horse方法

输出结果

马跑...
驴打滚...
马的名字：骡宝利

方法重写

如果子类的方法名与父类的方法名相同，则在这种情况下，子类的方法会重写（Override）父类的同名方法。

class Horse:def __init__(self,name):self.name=namedef show_info(self):return "马的名字：{0}".format(self.name)def run(self):print("马跑...")
class Donkey:def __init__(self,name):self.name=namedef show_info(self):return "驴的名字：{0}".format(self.name)def run(self):print("驴跑...")def roll(self):print("驴打滚...")
class Mule(Horse,Donkey):def __init__(self,name,age):super().__init__(name)self.age=agedef show_info(self):return "骡：{0}，{1}岁".format(self.name,self.age) # 重写父类方法show_info
m=Mule('骡宝利',1)
m.run() # 继承父类Horse方法
m.roll() # 继承父类Donkey方法
print(m.show_info()) # 子类Mule自己方法

输出结果

马跑...
驴打滚...
骡：骡宝利，1岁

多态性

多态性也是面向对象重要的基本特性之一。“多态”指对象可以表现出多种形态。例如，猫、狗、鸭子都属于动物，它们有“叫”和“动”等行为，但是叫的方式不同，动的方式也不同。

继承与多态

在多个子类继承父类，并重写父类方法后，这些子类所创建的对象之间就是多态的。这些对象采用不同的方式实现父类方法。

class Animal:def speak(self):print('动物叫，但不知道是哪种动物叫')
class Dog(Animal):def speak(self):print('小狗：汪汪叫...')
class Cat(Animal):def speak(self):print('小猫：喵喵叫...')
an1=Dog()
an2=Cat()
an1.speak()
an2.speak()

输出结果

小狗：汪汪叫...
小猫：喵喵叫...

鸭子类型测试与多态

Python的多态性更加灵活，支持鸭子类型测试。鸭子类型测试指：若看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟可以被称为鸭子。

由于支持鸭子类型测试，所以Python解释器不检查发生多态的对象是否继承了同一个父类，只要它们有相同的行为（方法），它们之间就是多态的。

例如，我们设计一个函数start（），它接收具有“叫”speak（）方法的对象，代码如下：

def start(obj): # 接收的obj对象具有speak()方法obj.speak()

我们定义了几个类，它们都有speak（）方法。代码如下：

class Animal:def speak(self):print('动物叫，但不知道是哪种动物叫')
class Dog(Animal):def speak(self):print('小狗：汪汪叫...')
class Cat(Animal):def speak(self):print('小猫：喵喵叫...')
class Car:def speak(self):print('小汽车：滴滴叫...')

start（）函数可以接收所有speak（）方法对象，代码如下：

start(Dog())
start(Cat())
start(Car())

输出结果

小狗：汪汪叫...
小猫：喵喵叫...
小汽车：滴滴叫...