Python基础理论 - 面向对象

一 面向对象基本理论

面向过程：核心是过程，过程就是解决问题的步骤，即先干什么，再干什么

基于面向过程设计程序，就好比在设计一条流水线，是一种机械思维方法

　　优点：复杂的问题简单化

　　缺点：可扩展性差(牵一发而动全身)

　　应用场景：扩展性低的场合，如linux内核，httpd，git

面向对象：核心是对象，要理解对象应该把自己当成上帝，在上帝眼中一切存在的事物都是对象，不存在也可以创建出来

　　优点：可扩展性强

　　缺点：无法像面向过程一样准确地知道什么阶段发生什么事，会有什么结果

　　应用场景：与用户交互多的，公司内部的软件，游戏，互联网软件

特征与技能的结合体就是一个对象，一系列对象共有的特征(变量的定义)与技能(函数的定义)的结合体就是类

在Python中，用变量表示特征，用函数表示技能，因而类是变量与函数的结合体，对象是变量与方法(指向类的函数)的结合体

类的定义：类是一系列对象共有的特征(变量的定义)与技能(函数的定义)的结合体

PS：在Python3中统一了类型与类的概念

定义类语法：

class 类名：

'''注释'''

类体(可以是任意代码，在定义阶段就执行，产生了作用域的概念)

类的使用：

1.  属性的引用，定义类会执行，生成名称空间

　　- 数据属性：Chinese.country

　　- 函数属性：Chinese.talk('123')  # 需要几个参数，就得传几个参数，如self

2.  实例化，类是抽象的，实例化后变为对象

　　- p = Chinese()

对象的使用：只有一种，就是属性引用

　　- p.country

　　- p.talk()   # 会把p当为一个参数传入talk(self)

对象可以有自己的特征值

　　def __init__(self, name, age, sex):

　　　　self.name = name

　　　　self.age = age

　　　　self.sex = sex

类实例化本质

p1 = Chinese('Linda', 18, 'female')    # Chinese.__init__(p1, 'Linda', 18, 'female')

self=p1, p1.name=name, p1.age=age, p1.sex=sex

类名称空间

　　- print(Chinese.__dict__)   # 属性字典

对象名称空间

　　- print(p1.__dict__)  # 属性字典

print(p1.name)  # 等价于 p1.__dict__['name']，本质以变量名的字符串作为key，去调用__dict__，取得值
print(p1.__dict__['name'])

对象使用属性时，先在自己对象的名称空间，再找所属类的名称空间

小结：

1.  类具有数据属性和函数属性，而对象只有数据属性；但是对象可以调用类的方法

　　- Chinese.talk(123)  # 类调用时，和普通方法一样，需几个参数，就传几个参数

　　- p1.talk()   # 绑定方法，绑定的含义就是p1默认作为一个参数传入，Chinese.talk(p1)

　　                        谁来用，就是谁的效果，p1.talk()就是p1的效果，self，__main__.Chinese object

2.  定义在类内部的变量，是所有对象共有的，id全一样

3.  定义在类内部的函数，是绑定到所有对象的，是给对象来用，obj.func()会把obj本身当做一个参数

二  封装、继承、多态

什么是继承？

继承是一种创建新类的方式，新建的类可以继承一个或多个父类，父类又可称为基类或超类，新建的类称为派生类或子类

class ParentClass(object):

pass

class SubClass(ParentClass):

pass

print(SubClass.__bases__)

抽象即抽取类似或者说比较像的部分

抽象分成两个层次：

1.  将奥巴马和梅西这俩抽象比较像的部分抽取成类；

2.  将人、猪、狗这三个类比较像的部分抽取成父类。

抽象最主要的作用是划分类别(可以隔离关注点，降低复杂度)

继承：是基于抽象的结果，通过编程语言去实现它，肯定先经历抽象这个过程，

才能通过继承的方式去表达抽象的结构。

继承的好处一：减少冗余代码

class People(Animal):

def __init__(self, name, age, sex, education):

Animal.__init__(self, name, age, sex)

self.education = education

在子类定义新的属性，覆盖掉父类的属性，称为覆盖，override

s.bar(), 顺序：对象自己的__dict__，类的__dict__，父类的__dict__，....

继承反映的是 一种什么是什么的关系

组合反映的是 一种什么有什么的关系

继承的实现原理  - Python3

'''
E   D
A   B   C
    F
Python3 广度优先：F - A - E - B - D - C
'''

在子类调用父类的方法

super(自己类名, self).__init__()  # 父类的__init__()

使用super()调用的所有属性，都是从MRO列表当前的位置往后找。

多态

　　同一种事物的多种形态，指的是父类

　　people_obj1.talk()
　　pig_obj1.talk()
　　dog_obj1.talk()
　　
     def func(obj):
　　　　obj.talk()

好处：同一种调用方式，传入不同的对象，实现不同功能

封装不是单纯的隐藏

封装数据的主要原因：保护隐私

封装方法的主要原因：隔离复杂度

封装其实分为两个层面，但无论那种层面的封装，都要对外界提供访问你内部隐藏内容的接口

第一层面的封装(什么都不用做)：创建类和对象分别创建二者的名称空间，我们只能用类名.或者obj.的方式访问里面的名字，这本身就是一种封装

第二个层面的封装：类中把某些属性和方法隐藏起来(或者说定义成私有的)，只能在类的内部使用、外部无法访问，或者留下少量(函数)供外部访问

在Python中用双下划线的方式实现隐藏属性(设置成私有的)

语法层面，定义__x时，自动变为_People__x，这种自动变形的特点：

1.  类中定义的__x只能在内部使用，如self.__x，引用的是变形后的结果

2.  这种变形其实是针对外部的变形，在外部是无法通过__x这个名字访问到的

3.  在子类定义的__x不会覆盖父类定义的__x

property 作为类函数的装饰器，把类的函数属性，变为数据属性

class Foo(object):
    @property
    def test(self):
        print('from Foo.test')

obj = Foo()
obj.test

也是一种封装，当test为名词时，更适合作为属性，而不是方法

被@property装饰的函数，是不能直接赋值的，得通过@test.setter定义单独函数来设置

class People(object):
    def __init__(self, name):
        self.__name =name

    @property
    def name(self):
        return self.__name

    @name.setter
    def name(self,value):
        self.__name = value

    @name.deleter
    def name(self):
        del self.__name

p1 = People('Linda')
print(p1.name)

p1.name = 'Alex'
print(p1.name)

del p1.name
print(p1.name)   # 报错

绑定方法与非绑定方法 

在类内部定义的，只要没有装饰器，就是绑定到对象的方法，给对象用的，对象默认作为第一个参数传入

在类内部定义的，有@classmethod装饰器，是绑定到类的方法，给类用的，类默认作为第一个参数传入

class Foo(object):
    @classmethod
    def test(cls):
        print(cls)

f = Foo()
Foo.test()  # 类作为第一个参数传进去，结果为：<class '__main__.Foo'>
f.test()    # 即使是对象调用，也是把所属类传进去，结果为：<class '__main__.Foo'>

在类的定义定义的，有@staticmethod装饰器，就不是绑定方法了，不存在默认传值的问题，定义几个参数，就传几个参数即可

class Foo(object):
    @staticmethod
    def test():
        print('from Foo.test')

Foo.test()  # from Foo.test
f = Foo()
f.test()    # from Foo.test

分析小结：

class Foo(object):
    def test1(self):
        pass

    @classmethod
    def test2(cls):
        pass

    @staticmethod
    def test3():
        pass

f = Foo()
print(f.test1)    # <bound method Foo.test1 of <__main__.Foo object at 0x000000D539EB55F8>>
print(Foo.test2)  # <bound method Foo.test2 of <class '__main__.Foo'>>
print(f.test3)    # <function Foo.test3 at 0x000000D539EA6D08>
print(Foo.test3)  # <function Foo.test3 at 0x000000D539EA6D08>

小例子：

import settings
import hashlib
import time

class MySQL(object):
    def __init__(self, host, port):
        self.id = self.create_id()  # create_id()具有生成唯一id的功能，普通工具包而已
        self.host = host
        self.port = port
        print('connecting...')

    @classmethod
    def from_conf(cls):
        return cls(settings.HOST, settings.PORT)  # MySQL('127.0.0.1', 3306)，cls功能：实例化，得到对象

    @staticmethod    # 非绑定方法，普通工具包，不需传入self或者cls
    def create_id():
        m = hashlib.md5(str(time.clock()).encode('utf-8'))
        return m.hexdigest()

    def select(self):
        print('select...')

conn1 = MySQL('192.168.0.1', 3306)  # 第一种初始化，用户输入
conn2 = MySQL.from_conf()           # 第二种初始化，从配置文件读取

面向对象高级部分

1.  isinstance(obj, cls)与issubclass(sub, super)

isinstance(obj, cls)检查obj是否是类cls的对象

issubclass(sub, super)检查sub是否是类super的子类

2.  反射

反射主要是指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力(自省)

Python面向对象的反射：通过字符串的形式操作对象相关属性。Python中一切事物都是对象(都可以使用发射)

四个可以实现自省的函数，下列方法适用于类和对象

# 判断object中有没有一个name字符串对应的方法或属性

hasattr(object,name)

# name作为字符串，获取object的属性或方法

getattr(object, name, default=None)

# 设置对象x的属性y=v

setattr(x, y, v)

# 删除对象x的属性y

delattr(x, y)

class Chinese(object):
    country = 'China'
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

p = Chinese('Linda', 18)
print(p.name)  # p.__dict__('name')
# p.x            # 报错 'Chinese' object has no attribute 'x'
print(hasattr(p, 'x'))   # False

# 设置
setattr(p, 'x', 112233)  # {'name': 'Linda', 'x': 112233, 'age': 18}
print(p.__dict__)

# 检测、获取
if hasattr(p, 'x'):
    res = getattr(p, 'x')
    print(res)   #

# 删除
delattr(p, 'x')
print(p.__dict__)  # {'name': 'Linda', 'age': 18}

四个方法的使用演示

class Foo(object):
    static_field = "static_filed"

    def __init__(self):
        self.name = 'Linda'

    def func(self):
        return 'func'

    @staticmethod
    def bar():
        return 'bar'

print(getattr(Foo, 'static_field'))
print(getattr(Foo, 'func'))
print(getattr(Foo, 'bar'))

类也是对象

import sys

def s1():
    print('s1')

def s2():
    print('s2')

this_module = sys.modules[__name__]

print(hasattr(this_module, 's1'))
print(getattr(this_module, 's2'))

反射模块当前成员

"""
程序目录：
module_test.py
index.py

当前文件：
index.py
"""

import module_test as obj

# obj.test()

print(hasattr(obj, 'test'))

getattr(obj,'test')()

导入其他模块，利用反射查找该模块是否存在某个方法

反射的好处，可以事先定义好接口，接口只有在被完成后才会真正执行

程序员A开发了一个ftp客户端，但是没有实现get方法，程序员B得调用这个客户端

# ftpclient.py
class FtpClient(object):
    def __init__(self, addr):
        self.addr = addr
        print('正在连接[%s]...' % self.addr)

    # def get(self):
    #     print('正在下载...')

ftpclient.py

import ftpclient
f1 = ftpclient.FtpClient('192.168.0.1')

if hasattr(f1, 'get'):
    func = getattr(f1, 'get')
    func()
print('其他程序1')
print('其他程序2')
print('其他程序3')
print('其他程序4')

引用ftpclient.py

类基于用户输入的字符串，反射自己是否有相应的方法，从而自动执行

class FtpClient(object):
    def __init__(self, addr):
        self.addr = addr
        print('正在连接[%s]....' % self.addr)

    def get(self, arg):
        print('正在下载[%s]....' % (arg[1]))

    def run(self):
        while True:
            inp = input('>>: ').strip()
            inp_list = inp.split()
            if hasattr(self, inp_list[0]):
                func = getattr(self, inp_list[0])
                func(inp_list)

f1 = FtpClient('192.168.0.1')
f1.run()

交互式反射应用

反射另外好处，动态导入模块(基于反射当前模块成员)

m = __import__('sys')
print(m.path)

import importlib
m2 = importlib.import_module('sys')
print(m2.path)

动态导入模块

3.  __str__()

print(obj) 调用obj.__str__()

det __str__(self):

　　# 必须有返回值，且必须返回字符串类型

　　return 'xxxxxxx'

4.  __del__()

析构函数，对象被删除的时候，立刻执行obj.__del__()，自动回收内存等，也可以写一些清除数据库连接等操作

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

    def __del__(self):  # 析构函数
        print('del---->')

obj = Foo('Linda', 18)
# del obj
print('=========>')

5.  __setitem__(), __getitem__(), __delitem__()

把对象模拟成字典形式操作，和字典就可以统一处理了

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

    def __getitem__(self, item):
        print('from __getitem__()')
        return self.__dict__[item]

    def __setitem__(self, key, value):
        print('from __setitem__')
        self.__dict__[key] = value

    def __delitem__(self, key):
        print('from __delitem__')
        self.__dict__.pop(key)

obj = Foo('Linda', 18)
print(obj['name'])  # 触发self.__getitem__()执行

obj['name']  = 'Jonathan' # 触发self.__setitem__()执行
print(obj.name)

del obj['name']
print(obj.name)  # 'Foo' object has no attribute 'name'

6.  __setattr__(), __getattr__(), __delattr__()

对象操作属性时，触发相应函数

class Foo(object):

    def __setattr__(self, key, value):
        print('form __setattr__')
        self.__dict__[key] = value

    def __getattr__(self, item):
        print('from __getattr__')

    def __delattr__(self, item):
        print('from __delattr__')

obj = Foo()
obj.x = 1          # 设置属性时，会触发执行__setattr__()执行
print(obj.__dict__)
print(obj.yyyyy)   # 没有属性yyyyy的时候才会触发 __getatrr__()执行
del obj.x         # 删除属性时，会触发执行__delattr__()执行

7.   加工标准类型

继承 class List(list):pass

授权 class Open(object):pass   关键点  def __getattr__():pass

class Open(object):
    def __init__(self, file_path, mode='r', encoding='utf-8'):
        self.file_path = file_path
        self.mode = mode
        self.encoding = encoding
        self.f = open(self.file_path, mode=self.mode, encoding=self.encoding)

    def __getattr__(self, item):
        print(item, type(item))
        return getattr(self.f, item)

obj = Open('a.txt',mode='r')
obj.seek  # seek <class 'str'>

8.  __next__() 和 __iter__()实现迭代器协议

class Foo(object):
    def __init__(self, n, stop):
        self.n = n
        self.stop = stop

    def __next__(self):
        if self.n >= self.stop:
            raise StopIteration
        x = self.n
        self.n += 1
        return x

    def __iter__(self):
        return self

obj = Foo(0, 100)
print(next(obj))
print(next(obj))

from collections import Iterator
print(isinstance(obj, Iterator))

for i in obj:
    print(i)

9. __doc__()

class Foo:
    '我是描述信息'
    pass

print(Foo.__doc__)

它类的描述信息

class Foo:
    '我是描述信息'
    pass

class Bar(Foo):
    pass
print(Bar.__doc__) #该属性无法继承给子类

该属性无法被继承

10.  __module__(), __class__()

__module__ 表示当前操作的对象在那个模块

__class__     表示当前操作的对象的类是什么

11.  __enter__(), __exit__()

我们知道在操作文件对象的时候可以这么写

with open('a.txt') as f:
 　　'代码块'

上述叫做上下文管理协议，即with语句，为了让一个对象兼容with语句，必须在这个对象的类中声明__enter__和__exit__方法

class Foo(object):
    def __enter__(self):
        print('__enter__')
        return 'aaaa'

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('__exit__')

with Foo() as f:  # f = Foo()，触发def__enter__()执行
    print(f)
    print('----->')
    print('----->')
    print('----->')
    pass

# 最后触发 __exit__()执行

__exit__()中的三个参数分别代表异常类型，异常值和追溯信息,with语句中代码块出现异常，则with后的代码都无法执行

class Open:
    def __init__(self,name):
        self.name=name

    def __enter__(self):
        print('出现with语句,对象的__enter__被触发,有返回值则赋值给as声明的变量')

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('with中代码块执行完毕时执行我啊')
        print(exc_type)
        print(exc_val)
        print(exc_tb)

with Open('a.txt') as f:
    print('=====>执行代码块')
    raise AttributeError('***着火啦,救火啊***')
print(''*100) #------------------------------->不会执行

如果__exit()返回值为True,那么异常会被清空，就好像啥都没发生一样，with后的语句正常执行

class Open:
    def __init__(self,name):
        self.name=name

    def __enter__(self):
        print('出现with语句,对象的__enter__被触发,有返回值则赋值给as声明的变量')

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('with中代码块执行完毕时执行我啊')
        print(exc_type)
        print(exc_val)
        print(exc_tb)
        return True

with Open('a.txt') as f:
    print('=====>执行代码块')
    raise AttributeError('***着火啦,救火啊***')
print(''*100) #------------------------------->会执行

class Open:
    def __init__(self,filepath,mode='r',encoding='utf-8'):
        self.filepath=filepath
        self.mode=mode
        self.encoding=encoding

    def __enter__(self):
        # print('enter')
        self.f=open(self.filepath,mode=self.mode,encoding=self.encoding)
        return self.f

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        # print('exit')
        self.f.close()
        return True
    def __getattr__(self, item):
        return getattr(self.f,item)

with Open('a.txt','w') as f:
    print(f)
    f.write('aaaaaa')
    f.wasdf #抛出异常，交给__exit__处理

练习：模拟Open

用途或者说好处：

• 使用with语句的目的就是把代码块放入with中执行，with结束后，自动完成清理工作，无须手动干预

• 在需要管理一些资源比如文件，网络连接和锁的编程环境中，可以在__exit__中定制自动释放资源的机制，你无须再去关系这个问题，这将大有用处

12.  __call__()

对象后面加括号，触发执行。

注：构造方法的执行是由创建对象触发的，即：对象 = 类名() ；而对于 __call__ 方法的执行是由对象后加括号触发的，即：对象() 或者 类()()

class Foo:
    def __init__(self):
        pass

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print('__call__')

obj = Foo()  # 执行 __init__
obj()        # 执行 __call__