前言

Python3 面向物件

Python從設計之初就已經是一門面向物件的語言，正因為如此，在Python中建立一個類和物件是很容易的。本章節我們將詳細介紹Python的面向物件程式設計。

如果你以前沒有接觸過面向物件的程式語言，那你可能需要先了解一些面嚮物件語言的一些基本特徵，在頭腦裡頭形成一個基本的面向物件的概念，這樣有助於你更容易的學習Python的面向物件程式設計。

接下來我們先來簡單的瞭解下面向物件的一些基本特徵。 a

面向物件技術簡介

• 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。
• 例項變數：定義在方法中的變數，只作用於當前例項的類。
• 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。
• 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。
• 和其它程式語言相比，Python 在儘可能不增加新的語法和語義的情況下加入了類機制。
• Python中的類提供了面向物件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。

類物件

• 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:

# 一個簡單的類例項
class Myclass:

    # 屬性：
    i  = 12345

    # 方法：
    def f(self):
        return 'hello world'

# 例項化類
x = Myclass()

# 訪問
print('Myclass 類的屬性 i 為：',x.i)
print('Myclass 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。

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Myclass 類的屬性 i 為： 12345
Myclass 類的方法 f 輸出為： hello world

很多類都傾向於將物件建立為有初始狀態的。因此類可能會定義一個__int__()的特殊方法（構造方法）（切記是兩個下橫線）,像下面這樣：

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

類定義了__init__()方法的話，類的例項化操作會自動呼叫__init()方法。所以在下例中，可以建立一個新的例項：

class Complex:
    def __init__(self,realpart,imagpart):
        self.r = realpart
        self.i = imagpart

x = Complex(3.0, -4.5)

print(x.r,x.i)

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
3.0 -4.5

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()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x038B8170>
<class '__main__.Test'>

從執行結果可以很明顯的看出，self代表的是類的例項，代表當前物件的地址，而self.__class__則指向類。

self不是python關鍵字，把他換成其他關鍵字也是可以正常執行的：

class Test:
    def prt(zz):
        print(zz)
        print(zz.__class__)

t = Test()
t.prt()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
<__main__.Test object at 0x03807190>
<class '__main__.Test'>

類的方法

在類的內部，使用def關鍵字來定義一個方法，與一般函式定義不同，類方法必須包含引數self，且為第一個引數，self代表的是類的例項。

class People:
    # 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 說：我 %d 歲。' % (self.name,self.age))

# 例項化類1
p = People('小明',10,30)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 說：我 10 歲。

# 例項化類2
p = People('小明',10)
p.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 16, in <module>
    p = People('小明',10)
TypeError: __init__() missing 1 required positional argument: 'w'

繼承

Python同樣支援類的繼承，如果一種語言不支援繼承，類就沒有什麼意義。派生類的定義如下所示：

class DerivedClassName(BaseClassName1):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圓括號中基類的順序，若是基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，從左到右查詢基類中是否包含方法。

BaseClassName(示例中的基類名)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 People:
    # 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 說：我 %d 歲。' % (self.name,self.age))

# 單繼承示例
class Student(People):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        # 呼叫父類的構造方法
        People.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    # 覆寫父類的方法
    def speak(self):
        print('%s 說：我 %d 歲，我在讀 %d 年級' % (self.name, self.age,self.grade))

s = Student('小明',10,60,3)
s.speak()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小明 說：我 10 歲，我在讀 3 年級

多繼承

Python同樣有限的支援多繼承形式。多繼承的類定義如下例：

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 People:
    # 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 說：我 %d 歲。' % (self.name,self.age))

# 單繼承示例
class Student(People):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        # 呼叫父類的構造方法
        People.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    # 覆寫父類的方法
    def speak(self):
        print('%s 說：我 %d 歲，我在讀 %d 年級' % (self.name, self.age,self.grade))

# 另一個類，多繼承之前的準備
class Speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一個演說家，我演講的主題是 %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('小明',25,80,4,'Python')
test.speak()  #方法名相同，預設呼叫的是在括號中排前的父類的方法
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我叫 小明，我是一個演說家，我演講的主題是 Python

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：

# 定義父類
class Parent:
    def mymethod(self):
        print('我是父類方法')

# 定義子類
class Child(Parent):
    def mymethod(self):
        print('我是子類方法')

# 子類例項化
c = Child()
# 子類呼叫重寫方法
c.mymethod()
# 用子類物件呼叫父類已被覆蓋的方法
super(Child,c).mymethod() #super() 函式是用於呼叫父類(超類)的一個方法。
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
我是子類方法
我是父類方法

類屬性與方法

類的私有屬性

__private_attrs:兩個下劃線開頭，宣告該屬性為私有，不能在類地外部被使用或直接訪問。在類內部的方法中使用時 self.__private_attrs。

類的方法

在類地內部，使用 def 關鍵字來定義一個方法，與一般函式定義不同，類方法必須包含引數 self，且為第一個引數，self 代表的是類的例項。

類的私有方法

__private_method:兩個下劃線開頭，宣告該方法為私有方法，只能在類的內部呼叫 ，不能在類地外部呼叫。self.__private_methods

類的私有屬性示例如下

class JustCounter:
    __secretCount = 0 # 私有屬性
    publicCount = 0   # 公開屬性

    def count(self):
        self.__secretCount += 1
        self.publicCount += 1
        print(self.__secretCount)

counter = JustCounter()

counter.count()

counter.count()

print(counter.publicCount)

print(counter.__secretCount) #報錯，例項不能訪問私有變數
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 18, in <module>
    print(counter.__secretCount) #報錯，例項不能訪問私有變數
AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

類的私有方法示例如下

class Site:
    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):            #公有方法
        print('這是公有方法')
        self.__foo()

x = Site('我的部落格','xxxxx')

x.who()

========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
name :  我的部落格
url : xxxxx

x._foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python/fish.py", line 20, in <module>
    x._foo()
AttributeError: 'Site' object has no attribute '_foo'

x.foo()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
這是公有方法
這是私有方法

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
• __div__: 除運算
• __mod__: 求餘運算
• __pow__: 乘方

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，示例如下：

class Vector:
    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 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)

print(v1 + v2)
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
Vector(7,8)

課後習題

測試題

• 物件中的屬性和方法，在程式設計中實際是什麼？

變數(屬性)和函式（方法）

• 類和物件是什麼關係呢？

類和物件的關係就如同模具和用這個模具製作出的物品之間的關係。
一個類為它的全部物件給出了一個統一的定義，而他的每個物件則是符合這種定義的一個實體，
因此類和物件的關係就是抽象和具體的關係。

• 如果我們定義了一個貓類，那你能想象出由貓類例項化的物件有哪些？

叮噹貓，咖啡貓，Tom，Hello Kitty

• 類的定義有些時候或許不那麼“擬物”，有時候會抽象一些，例如我們定義個矩形類，那你會為為此新增哪些屬性和方法呢？

屬性可以是長和寬，方法可以是計算周長、面積等

• 屬性可以是長和寬，方法可以是計算周長、面積等

正確的做法是應該儘可能的抽象，因為這樣更符合面向物件的思維。

• 請用一句話概括面向物件的幾個特徵？

封裝：對外部隱藏物件的工作細節
繼承：子類自動共享父類之間資料和方法的機制
多型：可以對不同類的物件呼叫相同的方法，產生不同的結果

• 函式和方法有什麼區別？

方法預設有一個self引數。

動動手

• 按照以下提示嘗試定義一個Person類並生成類例項物件。  屬性：姓名（預設姓名為’小甲魚’）  方法：列印姓名  提示：方法中對屬性的引用形式需加上self，如self.name

class Person:
    name = '小甲魚'

    def printName(self):
       print(self.name)

a = Person()
a.printName()
========================= RESTART: D:/python/fish.py =========================
小甲魚

• 按照以下提示嘗試定義一個矩形類並生成類例項物件。 

屬性：長和寬 

方法：設定長和寬->setRect(self),獲得長和寬->getRect(self),獲得面積->getArea(self) 

提示：方法中對屬性的引用形式需加上self，如self.name 

>>> class Rectangle:
    length = 5
    width = 4

    def setRect(self):
        print('請輸入矩形的長和寬...')
        self.length = float(input('長：'))
        self.width = float(input('寬：'))

    def getRect(self):
        print('這個矩形的長是： %.2f, 寬是： %.2f' % (self.length,self.width))

    def getArea(self):
        return self.length * self.width

>>> a = Rectangle()
>>> a.getRect()
這個矩形的長是： 5.00, 寬是： 4.00
>>> a.setRect()
請輸入矩形的長和寬...
長：5
寬：6

>>> a.getRect()
這個矩形的長是： 5.00, 寬是： 6.00

>>> a.getArea()
30.0