python(五)：面向对象--类和实例

一、类的基本概念

　　类是用来创建数据结构和新类型对象的主要机制。一个类定义了一系列与其实例对象密切关联的属性.典型的属性包括变量(也被称为 类变量)和函数(又被称为方法)。

　　1、class上下文

　　class语句用来定义一个类.类的主体语句在类定义同时执行。

class Account(object):
    """一个简单的类"""
    print("hello")
    account_type = "Basic"
    def __init__(self, name, balance):
        """初始化一个新的Account实例"""
        self.name = name
        self.balance = balance
    def deposit(self, amt):
        "存款"
        self.balance = self.balance + amt
    def withdraw(self, amt):
        """取款"""
        self.balance = self.balance - amt
    def inquiry(self):
        """返回当前余额"""
        return self.balance
# 执行上述语句，直接打印hello

　　在当前Account类中，凡是不含有self的属性和方法，都是直接用Account.属性和Account.方法来访问或执行的。它有些和匿名函数类似。再看下面代码:

class Account(object):
    """一个简单的类"""
    print("hello")
    account_type = "Basic"
    def sayHello():
        return "hello"

# 直接执行时，会打印hello
print(Account.account_type)
Account.sayHello()
# 打印结果为
# Basic
# 'hello'

　　结合两个Account类，可以看出：

　　1.能够直接用对象.属性和对象.方法执行的，都是类属性和类方法；不能执行(含有self参数)的，都是实例对象的属性和方法，需要实例化对象(或者类.方法传入参数实例对象)才能执行。

　　类方法有两个含义：一是给类定义的，属于类内存空间的方法，如Account.sayHello；二是该方法既然是类对象的方法，就能够被类对象和所有实例对象调用。

class A:
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        self.name, self.age, self.gender = args[:3]
    def sayHello(self):
        print("my name is %s, %s, %s." % (self.name, self.age, self.gender))

a = A("Li", 27, "male")
A.sayHello(a)
# my name is Li, 27, male.

　　2.在class中直接写func()（如print），会在代码解析时直接执行，这说明：类属性和类方法、实例方法(如上例account_type)是在类创建时就生成了。跟有没有实例化对象无关。在类中引用一个类的属性必须使用类的全名。
　　3.代码在解析Account类时，就为类对象开辟了内存空间。而此时还没有实例化对象。

　　4.类对象作为一个名字空间，存放在类定义语句运行时创建的对象。class语句并不创建类的实例，它用来定义所有实例都应该有的属性。类的名字空间并不是为类主体中的代码(而是实例)服务的。

　　2、类装饰器--@staticmethod

　　sayHello()这个函数加上前缀@staticmethod，用以标识它属于这个类(而不是普通函数)的方法，这被称为静态方法。

class AClass(object):
    @staticmethod # 静态态方法修饰符，表示下面的方法是一个静态态方法
    def astatic():
        print('a static method')
anInstance = AClass()
AClass.astatic()                    # prints: a static method
anInstance.astatic()                # prints: a static method

　　你完全可以将静态方法当成一个用属性引用方式调用的普通函数，静态方法可以直接被类或类实例调用。它没有常规方法那样的特殊行为(绑定、非绑定、默认的第一个参数规则等等)。任何时候定义静态方法都不是必须的(静态方法能实现的功能都可以通过定义一个普通函数来实现)。

　　3、类装饰器--@classmethod

　　@classmethod装饰器来装饰的通常称为类方法，并且第一个固定不变的参数是cls，也就是该类对象自身。

class ABase(object):
    @classmethod #类方法修饰符
    def aclassmet(cls):
        print('a class method for', cls.__name__)
class ADeriv(ABase):
    pass
bInstance = ABase()
dInstance = ADeriv()
ABase.aclassmet()
bInstance.aclassmet()
ADeriv.aclassmet()
dInstance.aclassmet()
# 打印结果为
# a class method for ABase
# a class method for ABase
# a class method for ADeriv
# a class method for ADeriv

　　任何时候定义类方法都不是必须的(类方法能实现的功能都可以通过定义一个普通函数来实现,只要这个函数接受一个类对象做为参数就可以了)。避免在类方法中使用了带有self参数的语句，以使cls和self产生混乱，这看起来不伦不类。

　　4、类装饰器--@property

　　@property用于将一个实例方法变为属性访问。即调用方式由实例.方法()调用变为实例.方法。

class Goods:
    def __init__(self, price, discount):
        self.__price = price
        self.discount = discount

    @property
    def price(self):
        return self.__price * self.discount

    @price.setter
    def price(self, newprice):
        self.__price = newprice

    @price.deleter
    def price(self):
        del self.__price

apple = Goods(20, 0.8)
print(apple.price) #
apple.price = 30   # 看起来像是对self.price重新赋值，但是调用了self.price方法来设置
print(apple.price) #
# del apple.price

　　5、类的名称空间

　　所有位于class语句中的代码都在特殊的命名空间中执行--类命名空间(class namespace)。这个命名空间可由类内所有成员访问。

class MemberCounter(object):
    members = 0
    def init(self):
        MemberCounter.members += 1
        print(MemberCounter.members)

m1 = m2 = m3 = MemberCounter()
m1.init()
m2.init()
m3.init()
# 打印结果为
#
#
#

　　6、类是如何产生的

　　当解释器执行到class关键字时，会扫描class上下文的代码语句(类名，类所属类，内容)，并交由解释器底层，来通过object实现类的创建。这一过程在class上下文结束时已经完成了。

class_name = "Foo"    # 类名
class_parents = (object, )   # 基类
# 类主体
class_body = """
name = "Foo"
def __init__(self, x):
    self.x = x
def hello(self):
    print("Hello")
"""
class_dict = {}
# 在局部字典class_dict中执行类主体
exec(class_body, globals(), class_dict)
# 创建类对象Foo
Foo = type(class_name, class_parents, class_dict)  # type可以指定
Foo("X").hello()

　　exec和Foo=type()两行模拟了解释器实现类的过程。当我们写class时，解释器会自动查找class_name，class_parents(默认是metaclass=type)和class_body，并在扫描到class上下文结束时，调用type类创建我们写的Foo类。

二、实例的基本概念

　　1、类和实例的关系

　　1.类对象通过Class()来实例化对象(如上面的MemberCounter()，即类对象加括号，以此为例)。

class Point:
    country = "中国"    # 类属性
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x     # 实例属性
        self.y = y

    def sayHi(self):   # 实例方法
        print("hello, i'm {}, {}.".format(self.x, self.y))

point1 = Point("Li", 20)
point1.sayHi()        # 对象.方法() 去类内存空间调用类.方法，并将自己传递进去
Point.sayHi(point1)   # 类.实例方法(对象)同样可以执行

　　2.类对象内存空间和实例对象的内存空间是相互独立的，但实例对象保留了对类内存空间的引用和访问。也即类内存空间、类属性和方法能够被其实例化的对象访问。

class MemberCounter:
    members = 0
    # MemberCount.__init__
    # 写__init__(self)只是对MemberCounter.__init__(类对象的特殊方法)的重写
    # 不写__init__(self)，在实例化对象时直接调用MemberCounter.__init__
    # def __init__(self):
    # pass
    def init(self):
        MemberCounter.members += 1
        print(MemberCounter.members)

m1 = m2 = m3 = MemberCounter()  # MemberCount()直接调用了MemberCount.__init__方法来实例化对象
m1.init()
m2.init()
m3.init()

　　2、实例化的过程

class A(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        print("__init__ has called.")
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("__new__ has called.")
        return object.__new__(cls)

a = A("Li", 27)
# __new__ has called.
# __init__ has called.

　　实例化至少分两个步骤：

　　1.调用父类的__new__方法来创建一个实例对象。__new__()始终是一个类方法，接受类对象作为第一个参数。尽管__new__()会创建一个实例，但它不会自动地调用__init__()。

　　　　如果看到在类中定义了__new__()，通常表明这个类会做两件事之一。
　　　　首先，该类可能继承自一个基类，该基类的实例是不变的。如果定义的对象继承自不变的内置类型(如整数、字符串、元组)，常常会遇到这种情况，因为__new__()是唯一在创建实例之前执行的方法，也是唯一可以修改值得的地方法。__new__()的另一个主要用途是在定义元类时使用。

class myStr(str):
    def __new__(cls, value=""):
        u1 = myStr.upper(value)
        print(u1)
        return str.__new__(cls, value.upper())
    @classmethod
    def upper(cls, value):
        return value.upper()
u2 = myStr("hello")
print(u2)

"""
HELLO
HELLO

"""

　　2.调用自己(或父类)__init__方法来初始化一个实例对象。__init__方法主要用于初始化实例对象的属性，也就是往self.__dict__里添加键值对。在这一过程中，它会调用__setattr__方法。

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

    def __setattr__(self, old, new):
        print("__setattr__ has called.")
        self.__dict__[old] = new  # 当这一句被隐藏掉时，会发现打印的字典里没有存储任何值
member = MemberCounter("An", 24)
member.gender = "female"
print(member.__dict__)

"""
__setattr__ has called.
__setattr__ has called.
__setattr__ has called.
{'name': 'An', 'age': 24, 'gender': 'female'}
"""

　　3、实例属性

　　实例对象的主要作用是设置一些key:value，并调用类内存空间中定义好的实例方法来做一些事情。__dict__也是类的特殊方法，用以查看实例对象(或者类对象)的属性。实例对象通常以字典的形式保存属性。

class MemberCounter:
    members = 0
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

member = MemberCounter("Li", 27)
print(member.name, member.age) 

member.gender = "female"  # 改
print(member.gender)

member.name = "An" # 增
print(member.name)
# print(member.members)    # 它在实例内存空间中没找到就会去找父类，找到了就返回;
# member.members = 1000    # 它等价于member.members = 1000;实例不能直接以赋值的方式修改类属性(除非在定义类时用代码规定了可以)，因为它调用了__setattr__方法，这个方法只给self赋值
print(member.__dict__) # 查，字典操作

del member.name  # 删
print(member.__dict__)

# Li 27
# female
# An
# {'name': 'An', 'age': 27, 'gender': 'female'}
# {'age': 27, 'gender': 'female'}

　　4、实例方法

　　实例方法的第一个参数必须为self。

class MemberCounter:
    members = 0
    records = {}
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def sayHello(self):
        print("Hello, my name is %s, %s." % (self.name, self.age))

member = MemberCounter("Li", 24)
member.sayHello()

　　5、类和实例的私有属性[数据隐藏]

　　以__xx格式定义的实例属性和方法被称为私有属性或方法。这样系统会自动生成一个新的名字 _Classname__xx 并用于内部使用。所谓的私有(内部属性)，实际上都是公开的。

class Person:
    __country = "China"
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.__age = age

print(Person.__dict__)
print(Person._Person__country)
print(Person.__dict__["_Person__country"])

Li = Person("Li", 27)
print(Li.__dict__)
print(Li.name)
print(Li._Person__age)
print(Li.__dict__["_Person__age"])

三、3个面试题

　　1、请说出下面代码打印结果并予以解释

class Foo:
    def __init__(self):
        self.func()
    def func(self):
        print('in Foo')

class Son(Foo):
    def func(self):
        print('in son')

s = Son()
# in son

　　解释: 在实例化对象时，如果没有定义__init__方法，则会查找并调用父类中的__init__方法。此时实例对象已经由object.__new__创建，命名为self。于是self.func()会调用s中的func()方法。

　　2、请说出下面代码打印结果并予以解释

class Foo:
    def __init__(self):
        self.__func()    # self._Foo__func
    def __func(self):
        print('in Foo')

class Son(Foo):
    def __func(self):    # _Son__func
        print('in son')

s = Son()
# in Foo

　　解释: 私有方法和私有属性，在其被访问或执行时，会在当前的class上下文中被强制转化成带有当前classname的新属性。因此，self.__func()在被执行前已被强制转换成self._Foo__func。

print(Foo.__dict__)
"""
{
    '__module__': '__main__',
    '__init__': <function Foo.__init__ at 0x110523510>,
    '_Foo__func': <function Foo.__func at 0x10d022730>,
    '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Foo' objects>,
    '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Foo' objects>,
    '__doc__': None
}
"""

　　3、请用__new__方法实现单例模式

class Person:
    __isinstance = None
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def __new__(cls, *args, **kargs):
        if not cls.__isinstance:
            obj = object.__new__(cls)
            cls.__isinstance = obj
        return cls.__isinstance
    
alex = Person("alex")
egon = Person("egon")
print(id(egon))
print(id(alex))
print(alex.__dict__)
print(egon.__dict__)
"""
4514525024
4514525024
{'name': 'egon'}
{'name': 'egon'}
"""

　　说明，单例模式只会开辟一个实例内存，不管创建多少个实例，都会覆盖这个内存空间。

四、python3的继承和组合

　　1、多继承问题

　　python3的多继承遵循广度优先算法。它会保证每个节点从左到右，从下到上都只访问一次，并找到最近的父类进行继承。所有的节点都必须访问并且都只访问一次。

　　　　

class A:
    def f(self):
        print('in A')

class B(A):
    pass
    # def f(self):
    #     print('in B')

class C(A):
    pass
    # def f(self):
    #     print('in C')

class D(B,C):
    pass
    # def f(self):
    #     print('in D')

class E(C):
    # pass
    def f(self):
        print('in E')

class F(D,E):
    pass
    # def f(self):
    #     print('in F')

d = D()
d.f()
print(F.mro())

mro

　　2、super继承

　　self是子类实例化的对象，在对父类不初始化时，调用父类的实例方法只是"借壳生蛋"。当一个子类实例被创建时, 基类的__init__()方法并不会被自动调用。

　　super继承：super用来解决python钻石多重继承出现的基类重复调用的问题。在Python3中，直接写super().__init__(*args, **kwargs)。

class B:
    varB = 42
    def method1(self):
        print("Class B : method1")
    def method2(self):
        return B.varB * 2

class A(B):
    varA = 3.3
    def method3(self):
        print("Class A : method3")
        B.method1(self)  # 注意，这里的self是A()初始化后的a，B类没有初始化，直接把a当做self传递进去了
        return B.method2(self)

a = A()
print(a.method3())

"""
Class A : method3
Class B : method1
84
"""

class B:
    def __init__(self, name, age, *args, **kwargs):
        self.name = name
        self.age = age
        self.salary = 20000
    def method1(self):
        print("My name is {}, {}, salary {}.".format(self.name, self.age, self.salary))

class A(B):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        self.name, self.age, self.gender = args
        super().__init__(*args, **kwargs)   # 第一种继承方法super().__init__(*args, **kwargs)
        # B.__init__(self, *args, **kwargs)   # 第二种写法

a = A("Li", 27, "male")
a.method1()

"""
My name is Li, 27, salary 20000.
"""

　　3、调查继承

　　如果想要查看一个类是否是另一个类的子类，可以使用内建的issubcalss函数。如果想要知道已知类的基类，可以直接使用它的特殊属性__bases__。

print(issubclass(A, B))  # True
print(A.__bases__)  # (<class '__main__.B'>,)

　　可以使用isinstance方法检查和一个实例对象是否是一个类的实例。使用__class__特性查找一个实例对象属于哪个类。

print(isinstance(a, A))  # True
print(isinstance(a, B))  # True

　　实例被特殊属性__class__链接回它们的类，所属类名可以用__name.__访问类特殊属性__bases__中将类链接到它们的基类，该属性是一个基类元组。这种底层结构是获取、设置和删除对象属性的所有操作的基础。

class A:
    pass
class B(A):
    pass

b = B()

print(b.__class__)
print(b.__class__.__name__)
print(B.__bases__)

"""
<class '__main__.B'>
B
(<class '__main__.A'>,)
"""