Python中面向对象（学习笔记）

文章目录

一、面向过程与面向对象

简述

面向过程：根据业务逻辑从上到下写代码。

面向对象：将变量与函数绑定到一起，分类进行封装，每个程序只要负责分配给自己的分类，这样能够更快速的开发程序，减少了重复代码。

面向过程编程

面向过程编程的关注点在于​怎么做​

• 把完成某一个需求的 所有步骤 从头到尾 逐步实现
• 根据开发需求，将某些 功能独立 的代码 封装 成一个又一个 函数
• 最后完成的代码，就是顺序地调用 不同的函数

特点:

• 注重步骤与过程，不注重职责分工
• 如果需求复杂，代码会变得很复杂
• 开发复杂项目，没有固定的套路，开发难度很大

面向对象编程

面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）和面向过程编程，是两种不同的编程方式。

相比较函数，面向对象是更大的封装，根据职责在 一个对象中封装多个方法

面向对象编程的关注点在于​谁来做​

• 在完成某一个需求前，首先确定职责，也就是要做的事情（方法）
• 根据 职责 确定不同的 对象，在对象内部封装不同的方法（多个）
• 最后完成的代码，就是顺序地调用不同对象的相应方法。

特点:

• 注重 对象 和 职责，不同的对象承担不同的职责。
• 更加适合应对复杂的需求变化，是专门应对复杂项目开发，提供的固定套路。

二、类和对象

类

类是对一群具有相同 特征 或者 行为 的事物的一个统称，是抽象的，不能直接使用。

• 特征其实就是一个变量，在类里我们称之为​属性​。
• 行为其实就是一个函数，在类里我们称之为​方法​。
• 类其实就是由​属性​和​方法​组成的一个抽象概念。

对象（实例）

对象是由类创建出来的一个具体存在，可以直接使用。由哪一个类创建出来的对象，就拥有在哪一个类中定义的属性和方法。在开发中，应该先有类，在类里定义好属性和行为，再根据类来创建对象。

类和对象的关系

• 类是模板，对象是根据类这个模板创建出来的，应该先有类，再有对象。
• 使用同一个类，能够创建出很多对象。
• 类中定义了什么属性和方法，对象中就有什么属性和方法。
• 不同对象对应的属性值也会不同。

三、类的定义

class 类名():
    def 方法1(self,参数列表):
        pass
    def 方法2(self,参数列表):
        pass

在实际项目开发中，建议类的定义和模块结合使用（一个模块中定义一个类），相同或者相似的类可以使用包进行管理。

四、类中的成员

类属性

方式一：通过 ​​类名.类属性​​ 访问

方式二：通过 ​​实例对象.类属性​​ 访问

class Person(object):
    # 类属性
    num = 10


p = Person()

# 方式一
print(Person.num)

# 方式二
print(p.num)

实例函数（对象函数，成员函数）

class Person():
    # 实例函数，对象函数，成员函数
    def eat(self, food):
        print("eating" + food)

实例函数和普通函数的区别

实例函数的形参列表第一个参数是self，而普通则不是。

关于self

self表示当前对象
1. self并不是一个关键字，其实可以是任意的标识符，为了表达代表的是当前对象自己，习惯用self
2. 调用实例函数的时候，self不需要手动传参，系统会自动传递当前的对象
3. 哪个对象调用了方法，方法里的self指的就是谁。
通过 self.属性名 可以访问到这个对象的属性。
通过 self.方法名() 可以调用这个对象的方法。

创建对象（实例化对象）

语法：​​变量名 = 类名(初始值)​​ ，目前初始值省略。

class Person(object):
    def eat(self, food):  # 实例方法有一个参数self,指的是实例对象
        print(food)
      
p1 = Person()
p2 = Person()

类其实就是自定义的数据类型，创建对象（实例化对象）的过程其实就是定义变量过程。

通过一个普通的类可以创建无数个对象，每个对象在内存中都会开辟新的空间。

调用类中的实例函数

方式一：使用 ​​对象名.方法名(参数)​​ 调用的方式，不需要传递self。

方式二：使用 ​​类名.方法名(self, 参数)​​ 的方式，不会自动给 self 传参，需要手动的指定self。

class Person(object):
    def eat(self, food):  # 实例方法有一个参数self,指的是实例对象
        print(food)


p1 = Person()

# 方式一
p1.eat('蘸水面')

# 方式二
Person.eat(p1, '蘸水面')

动态绑定属性和限制绑定

动态绑定属性

语法：​​对象.属性 = 初始值​​

class Person(object):
    def eat(self, food):  # 实例方法有一个参数self,指的是实例对象
        print(food)


p1 = Person()
p1.name = 'Lucy'
p1.age = 18

缺点：绑定的属性的数量没有上限，绑定的属性的名称没有限制，在实际项目开发中，需要进行限制绑定。

限定绑定

语法：​​__slots__ = (属性1, 属性2,…………)​​

class Person(object):
    __slots__ = ('name', 'age')

    def eat(self, food):  # 实例方法有一个参数self,指的是实例对象
        print(food)


p1 = Person()
p1.name = 'Lucy'
p1.age = 18
# p1.height = 178  # AttributeError: 'Person' object has no attribute 'height'

内存中的对象

class Person(object):
    num = 10

p11 = Person()
p12 = Person()
# p11.num 和 p12.num访问的是同一个num，num来自于类属性，当前类持有，通过该类创建的所有的对象都持有
print(p11.num is p12.num)  # True
print(p11.num, p12.num)  # 10 10

class Person(object):
    num = 10

p13 = Person()
p13.num = 20
p14 = Person()
p14.num = 20
# p13.num和 p14.num访问的不是同一个num，num被称为对象属性，仅限当前对象持有
print(p13.num is p14.num)  # True
del p13.num
print(p13.num, p14.num)  # 10 20

构造函数

在代码比较复杂的情况下，使用动态绑定属性的方式创建对象，就不太好了。这时需要一个名称为​​__init__​​ 的方法，该特殊的方法被称为构造函数，主要用于创建对象并将对象的数据初始化。

构造函数，也被称为构造器，指的是当创建对象的时候，被自动调用的函数。

严格意义讲，​​__new__​​ 不属于构造函数。

工作原理

class Book(object):
    # cls和self都不是关键字，可以是一个普通的标识符
    # cls全称class，表示当前类
    # __new__属于类方法
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("new被调用了")
        # 注意：__new__必须有返回值，并且返回一个实例
        # super(Book,cls).__new__(cls)表示当前类创建出来的一个实例
        return super(Book, cls).__new__(cls)

    # self表示当前对象
    # __init__属于实例函数
    def __init__(self):
        print("init被调用了")


b1 = Book()
print(b1)  # <__main__.Book  objcet at 0x6572846>
# 如果类中重写__str__，则不打印地址

工作原理：
1. __new__:创建对象的时候首先自动调用__new__，它的作用就是创建实例，然后将该实例返回
2. __init__:当实例创建完毕之后被调用的，然后通过__init__给实例设置初始值
3. __new__先被调用，__init__后被调用，__new__的返回值（实例）将传递给__init__的第一个参数self，然后__init__给这个实例设置一些参数，__init__不需要返回值。

给 ​​__init__()​​ 设置参数

class Student(object):
    __slots__ = ("name", "age", "hobby", "score")

    def __init__(self, a, b, c):
        self.name = a
        self.age = b
        self.hobby = c
        self.score = 60

但是，一般形参列表中变量的名称和规定的属性名一致，所以建议使用下面的书写方式。

class Student(object):
    __slots__ = ("name", "age", "hobby", "score")

    def __init__(self, name, age, hobby):
        self.name = name
        self.age = age
        self.hobby = hobby
        self.score = 60

析构函数

当对象被销毁的时候自动调用的函数，称为析构函数，析构函数为 ​​__del__()​​ 。

1. 将对象定义为全局变量，程序执行完毕，对象自动被销毁

class Animal(object):
    def __init__(self):
        print("init被调用了")

    def __del__(self):
        print("del被调用了")


a1 = Animal()
print("over")

"""
init被调用了
over
del被调用了
"""

2. 将对象定义为局部变量,当指定的函数执行完毕，则对象随着会被自动销毁

class Animal(object):
    def __init__(self):
        print("init被调用了")

    def __del__(self):
        print("del被调用了")


def func():
    a2 = Animal()
    print("函数内部")


func()
print("over")

"""
init被调用了
函数内部
del被调用了
over
"""

3. 强制销毁对象，什么时候del对象，则什么时候执行析构函数 ​​__del__()​​

class Animal(object):
    def __init__(self):
        print("init被调用了")

    def __del__(self):
        print("del被调用了")


a3 = Animal()
del a3
print("over")

"""
init被调用了
del被调用了
over
"""

五、封装

概念

广义的封装：函数的定义和类的提取，都是封装的体现。

狭义的封装：在面向对象编程中，一个类的某些属性，在使用的过程中，如果不希望被外界​直接​访问，就可以将该属性封装（将不希望被外界直接访问的属性私有化private，该属性只能被当前类持有，此时可以给外界暴露一个访问的函数即可）。

封装的本质：就是属性私有化的过程。

封装的好处：提高了数据的安全性，提高了数据的复用性。

私有属性

1. 概念

公开属性：可以在类以外的任何地方直接访问。

私有属性：只能在类的内部被直接访问，在对象属性的前面添加两个下划线表示是私有属性。

2. 属性未被私有化

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        # 公开属性
        self.name = name
        self.age = age


p1 = Person("jack", 10)
# 直接访问
print(p1.name, p1.age)  # jack 10

# 修改
p1.name = "tom"
p1.age = 19
print(p1.name, p1.age)  # tom 19

3. 属性被私有化

工作原理：一个属性一旦被私有化，在底层形成了 ​​_类名__属性名​​ 的属性名 ，但是不建议使用。私有化属性在底层的存在形式根据操作系统或者Python解释器的不同会有所差别，如果直接使用此种方式访问，违背了Python跨平台的特点。

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age


p = Person("jack", 10)
# print(p.name,p.age) #AttributeError: 'Person2' object has no attribute 'name'
# print(p.__name) #AttributeError: 'Person2' object has no attribute '__name'
print(p._Person__name)  # jack

4. 暴露给外界访问的函数

在类外面访问属性，无非涉及到两个操作：获取值，修改值。

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    # 返回被私有化属性的值
    def getname(self):
        return self.__name

    def setname(self, name):
        self.__name = name

    def getage(self):
        return self.__age

    def setage(self, age):
        if age < 0:
            age = abs(age)
        self.__age = age


p = Person("jack", 10)
# 获取值
r1 = p.getname()
print(r1)  # jack
# 修改值
p.setname("tom")
r2 = p.getname()
print(r2)  # tom

p.setage(-19)
print(p.getage())  # 19

5. @property装饰器

1. 单独使用

​​@property​​​ 将一个函数转换为属性调用，为了简化函数的调用，函数名本身表示指定函数的返回值，如：​​show()​​​使用​​@property​​​修饰，则 ​​show()​​​ 的调用：​​对象名.show​​ 。

注意：如果函数被​​@property​​修饰，最好设置返回值。

class Check(object):
    @property
    def show(self):
        # 如果函数被@property修饰，最好设置返回值
        return 'hello'


c = Check()
# c.show()  #TypeError: 'str' object is not callable
print(c.show)  # hello

2. ​​@property​​​ 和​​@xxx.setter​​

为了简化函数的调用，Python中通过 ​​@property​​ 和 ​​@xxx.setter​​ 分别修改两个函数。

注意：

• 两个函数的函数名尽量和被私有化的属性名保持一致
• ​​@xxx.setter​​​ 中的​​xxx​​​ 需要和被​​@property​​ 修饰的函数名保持一致
• ​​@property​​​ 修饰的函数用于获取值，​​@xxx.setter​​ 修饰的函数用于修改值
• ​​@property​​​ 和​​@xxx.setter​​ 并不是需要同时出现，根据自己的需求进行选择

• ​​@property​​​出现，​​@xxx.setter​​ 可以不出现
• ​​@xxx.setter​​​出现，​​@property​​ 必须出现

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        self.__age = age

    # 获取值：将被私有化属性的值返回
    @property
    def name(self):
        return self.__name

    # 修改值：设置参数
    @name.setter
    def name(self, name):
        self.__name = name

    @property
    def age(self):
        return self.__age

    @age.setter
    def age(self, age):
        if age < 0:
            age = abs(age)
        self.__age = age


# 将函数当做属性访问
p = Person("tom", 17)
print(p.name)  # tom
p.name = "bob"
print(p.name)  # bob

私有函数

在类中，对象函数之间相互调用，语法：​​self.函数名​​ 。

1. 函数未被私有化

class Person1(object):
    def func1(self):
        print("111")
        # 注意：在类中，对象函数之间相互调用，语法：self.函数
        self.func2()

    def func2(self):
        print("222")

    def show(self):
        print("show")


p1 = Person1()
p1.func1()
# 111
# 222
p1.show()
# show

2. 函数被私有化

class Person2(object):
    def func1(self):
        print("111")
        # 间接调用
        self.__show()

    def func2(self):
        print("222")

    def __show(self):
        print("show")


p2 = Person2()
p2.func2()  # 222
# p2.show()  # 报错
# p2.__show()  # 报错
# p2._Person2__show()  # show
p2.func1()
# 111
# 222

六、继承

如果两个或者两个以上的类具有相同的属性和方法，我们可以抽取一个类出来，在抽取出来的类中声明各个类公共的部分。被抽取出来的类称之为父类（超类、基类），两个或两个以上的类称之为子类 （派生类），他们之间的关系是 ​子类继承自父类​ 或者 ​父类派生了子类​。

单继承

1. 基本使用

子类之继承一个父类，被称为单继承。

语法：

class 子类类名(父类类名):
  类体

注意：object 是 Python 中所有类的根类。

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

    def eat(self):
        print("eating")

    def __show(self):
        print("showing")

1. ​在子类中未定义构造函数，则创建子类对象默认调用父类中的构造函数​

class Doctor(Person):
    pass


d = Doctor("张医生", 30, "male")

# 注意：子类对象可以直接调用父类中未被私有化的函数
d.eat()  # eating
d._Person__show()  # showing 不建议这样使用
d._Doctor__show()  # AttributeError: 'Doctor' object has no attribute '_Doctor__show'

2. ​在子类中定义构造函数，则创建子类对象调用的是子类中的构造函数​

# 有参数时
class Teacher(Person):
    def __init__(self, height):
        self.height = height


t = Teacher(180)
print(t.height)  # 180
# print(t.name, t.age, t.gender)  # AttributeError: 'Teacher' object has no attribute 'name'
t.eat()  # eating



# 无参数时
class Lawyer(Person):
    def __init__(self):
        print("lawyer~~~init")


la = Lawyer()  # lawyer~~~init

# print(la.name)  # AttributeError: 'Lawyer' object has no attribute 'name'
la.eat()  # eating

3. ​在子类的构造函数中调用父类的构造函数​

方式一:
    super(当前类, self).__init__(参数列表)

方式二:
    super().__init__(参数列表)

方式三:
    父类名.__init__(self, 参数列表)

​注意：在单继承中，三种方式都可以使用；在多继承中，只能使用方式三​

class Worker(Person):
    def __init__(self, name, age, gender, type):
        super(Worker, self).__init__(name, age, gender)
        self.type = type

    def work(self):
        print("working")


w = Worker("工作者", 10, "男", "行政")
print(w.type)  # 行政
print(w.name, w.age, w.gender)  # 工作者 10 男

2. 继承中的 ​​__slots__​​ 属性

• ​​__slots__​​ 定义的属性仅对当前类的实例起作用，对继承的子类实例是不起作用

class Aniaml(object):
    __slots__ = ("name", "age")


class Cat(Aniaml):
    pass


c = Cat()
c.name = "tom"
c.age = 6
c.num = 8
print(c.name, c.age, c.num)  # tom 6 8

• 如果子类本身也有​​__slots__​​​ 属性，子类的属性就是自身的​​__slots__​​​ 加上父类的​​__slots__​​

class Aniaml(object):
    __slots__ = ("name", "age")


class Cat(Aniaml):
    __slots__ = ("num",)


c = Cat()
c.name = "tom"
c.age = 6
c.num = 8
# c.weight = 80  # 报错
print(c.name, c.age, c.num)  # tom 6 8

3. 继承中的类属性

class MyClass1(object):
    x = 10


class SubClass1(MyClass1):
    pass


class SubClass2(MyClass1):
    pass


print(MyClass1.x, SubClass1.x, SubClass2.x)  # 10 10 10

# 通过子类修改继承自父类的类属性，只会改变该子类继承的类属性
SubClass1.x = 20
print(MyClass1.x, SubClass1.x, SubClass2.x)  # 10 20 10

# 通过父类修改类属性，子类继承的类属性也改变
MyClass1.x = 30
print(MyClass1.x, SubClass1.x, SubClass2.x)  # 30 20 30

# 子类先修改继承的类属性，父类再修改类属性，将不会再对已经修改过的子类类属性做出改变
SubClass2.x = 50
MyClass1.x = 40
print(MyClass1.x, SubClass1.x, SubClass2.x)  # 40 20 50

4. 继承的特点

1. 子类对象可以直接访问父类中未被私有化的属性和函数
2. 父类的​​__slots__​​ 属性对子类不起作用
3. 父类对象不能访问子类中特有的属性和函数

5. 继承的优缺点

继承的优点：

• 可以简化代码，减少冗余
• 提高代码的可维护性
• 是多态的前提

继承的缺点：

• 在继承关系中，类与类之间的耦合性相对较高【如果修改父类，所有的子类都可能会发生改变】

多继承

子类可以拥有多个父类，并且具有所有父类的属性和方法。

1. 基本使用

class Father1(object):
    def __init__(self, num1):
        self.num1 = num1

    def func1(self):
        print("func1~~~111")

    def show(self):
        print("show~~~1111")


class Father2(object):
    def __init__(self, n1, n2):
        self.n1 = n1
        self.n2 = n2

    def func2(self):
        print("func2~~~222")

    def show(self):
        print("show~~~2222")

如果一个子类继承了多个父类，在没有书写构造函数的前提下，创建子类对象，默认调用的父类列表中的第一个父类中的构造函数。

class Child(Father2, Father1):
    pass


c1 = Child(2, 3)
c2 = Child(1)  # 报错

如果需要继承父类中的属性，则需要调用父类的构造函数。

class Child(Father1, Father2):
    def __init__(self, num1, n1, n2, a):
        Father1.__init__(self, num1)
        Father2.__init__(self, n1, n2)
        self.a = a


c = Child(3, 4, 6, 8)
print(c.a)  # 8
print(c.num1, c.n1, c.n2)  # 3 4 6
c.func1()  # func1~~~111
c.func2()  # func2~~~222

如果多个父类中出现了重名的函数，则子类对象调用时，调用的是父类列表中的第一个父类中的函数。

class Child(Father1, Father2):
    def __init__(self, num1, n1, n2, a):
        Father1.__init__(self, num1)
        Father2.__init__(self, n1, n2)
        self.a = a


c = Child(3, 4, 6, 8)
c.show()  # show~~~1111

2. 继承的 ​​__mro__​​ 属性

Python中针对​类​提供了一个内置属性 ​​__mro__​​ 可以用来查看方法的搜索顺序。

​​mro​​​ 是 ​​method resolution order​​ 的简称，主要用于在多继承时判断方法属性的调用顺序。

• 在调用方法时，按照​​__mro__​​ 的输出结果从左至右的顺序查找。
• 如果再当前类中找到方法，就直接执行，不再向下搜索。
• 如果没有找到，就顺序查找下一个类中是否有对应的方法，如果找到，就直接执行，不再向下搜索。
• 如果找到了最后一个类，依然没有找到方法，程序就会报错。

class A(object):
    def show(self):
        print("aaaa")


class B(A):
    def show(self):
        print("bbbb")


class C(A):
    def show(self):
        print("cccc")


class D(B, C):
    def show(self):
        print("dddd")


print(D.__mro__)
# (<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>)
d = D()
d.show()  # ddd

3. 多继承中 super 本质（继承树问题）

不是直接查找父类，而是根据调用节点的​广度优先​顺序执行的。

举个例子，创建A、B、C、D、E类，E类继承B、C、D类，B类继承A类，C类继承A类，D类继承A类，在每个方法中都调用 ​​super().show()​​ 方法，查看执行顺序。

class A(object):
    def show(self):
        print("aaaa")


class B(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~bbb")
        super().show()
        print("退出~~~~~bbb")


class C(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~ccc")
        super().show()
        print("退出~~~~~ccc")


class D(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~ddd")
        super().show()
        print("退出~~~~~ddd")


class E(B, C, D):
    def show(self):
        print("enter~~~~eee")
        super().show()
        print("退出~~~~~eee")


print(E.mro())
# [<class '__main__.E'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]
e = E()
e.show()
"""
enter~~~~eee
enter~~~~bbb
enter~~~~ccc
enter~~~~ddd
aaaa
退出~~~~~ddd
退出~~~~~ccc
退出~~~~~bbb
退出~~~~~eee

"""

另外一个例子，在C类中没有调用 ​​super().show()​​ 方法。

class A(object):
    def show(self):
        print("aaaa")


class B(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~bbb")
        super().show()
        print("退出~~~~~bbb")


class C(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~ccc")
        print("退出~~~~~ccc")


class D(A):
    def show(self):
        print("enter~~~~ddd")
        super().show()
        print("退出~~~~~ddd")


class E(B, C, D):
    def show(self):
        print("enter~~~~eee")
        super().show()
        print("退出~~~~~eee")


print(E.mro())
# [<class '__main__.E'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]
e = E()
e.show()
"""
enter~~~~eee
enter~~~~bbb
enter~~~~ccc
退出~~~~~ccc
退出~~~~~bbb
退出~~~~~eee
"""

函数重写

1. 自定义函数

• 父类中函数的实现不满足子类的需求

class Person(object):
    def func1(self):
        print("父类~~~func1")

    def show(self):
        print("父类~~~show")


class Student(Person):
    # 建议：重写的时候，子类中的函数的声明部分尽量和父类中的函数保持一致
    def func1(self):
        print("子类~~~~func1")
        return 100


stu1 = Student()
stu1.func1()  # 子类~~~~func1

• 父类中函数的实现 部分 满足子类的需求

class Person(object):
    def func1(self):
        print("父类~~~func1")

    def show(self):
        print("父类~~~show")


class Student(Person):
    def func1(self):
        super().func1()
        print("子类~~~~func1")
        return 100


stu1 = Student()
stu1.func1()
"""
父类~~~func1
子类~~~~func1
"""

2. 系统函数

1. ​​__str__​​​ 和​​__repr__​​

打印对象时，会调用对象的 ​​__str__​​ 方法，默认会打印类名和对象的地址名；

​​__repr__​​​ 方法 和 ​​__str__​​​ 方法功能类似，都是用来修改一个对象的默认打印内容。在打印一个对象时，如果没有重写 ​​__str__​​​ 方法，它会自动来查找 ​​__repr__​​​ 方法。如果这两个方法都没有，会直接打印这个对象的内存地址。如果两个方法都写了，选择 ​​__str__​​ 方法。

class Check1(object):
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.score = score

    def __str__(self):
        return f"name:{self.name},age:{self.age},score:{self.score}"

    __repr__ = __str__


# 如果只是打印一个对象，则重写__str__即可
c1 = Check1("aaa", 10, 199)
c2 = Check1("bbb", 20, 88)

# 如果将对象添加到序列中，为了能看到对象的值，则重写__str__和__repr__
list1 = [c1, c2]
print(list1)
for c in list1:
    print(c)

2. ​​__add__​​

print("hello" + "Python")
print("hello".__add__("Python"))

class Book(object):
    def __init__(self, num):
        self.num = num

    # 重写
    def __add__(self, other):
        # 参与相加的两个对象：self 和 other
        # Book + Book = Book
        return Book(self.num + other.num)

    # 重写__str__，保证最后返回的结果
    def __str__(self):
        return f"{self.num}"


b1 = Book(100)
b2 = Book(400)
b3 = b1 + b2
print(b3)  # 500
print(b1.__add__(b2))  # 500

3. ​​__eq__​​

​​__eq__​​ 方法如果不重写，默认比较依然是内存地址

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

    def __eq__(self, other):
        return self.name == other.name and self.age == other.age


s1 = Student('lucy', 18)
s2 = Student('lucy', 18)
s3 = Student('lucy', 20)

# s1 == s2本质是调用 p1.__eq__(p2),获取这个方法的返回结果
print(s1 == s2)  # True 
print(s1 == s3)  # False

4. 比较运算符相关魔法方法

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

    def __eq__(self, other):  # 等于
        return self.name == other.name and self.age == other.age

    def __ne__(self, other):  # 不等于
        return self.age != other.age

    def __lt__(self, other):  # 小于
        return self.age < other.age
        # return self.age < other

    def __gt__(self, other):  # 大于
        return self.age > other.age

    def __le__(self, other):  # 小于等于
        return self.age <= other.age

    def __ge__(self, other):  # 大于等于
        return self.age >= other.age


s1 = Student('zhangsan', 18)
s2 = Student('zhangsan', 18)
s3 = Student('lisi', 20)
print(s1 == s2)  # True
print(s1 != s2)  # False
print(s1 < s2)  # False
# print(s1 < 6)  # False
print(s1 > s2)  # False
print(s1 <= s2)  # True
print(s1 >= s2)  # True

5. 算术运算符相关魔法方法

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

    def __add__(self, other):
        return self.age + other

    def __sub__(self, other):
        return self.age - other

    def __mul__(self, other):
        return self.age * other

    def __truediv__(self, other):
        return self.age / other

    def __mod__(self, other):
        return self.age % other

    def __pow__(self, power, modulo=None):
        return self.age ** power


s = Student('zhangsan', 18)
print(s + 1)  # 19
print(s - 2)  # 16
print(s * 2)  # 36
print(s / 5)  # 3.6
print(s % 5)  # 3
print(s ** 2)  # 324

6. 类型转换相关魔法方法

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

    def __int__(self):
        return self.age

    def __float__(self):
        return self.age * 1.0

    def __str__(self):
        return self.name

    def __bool__(self):
        return self.age > 18


s = Student('zhangsan', 18)
print(int(s))  # 18
print(float(s))  # 18.0
print(str(s))  # zhangsan
print(bool(s))  # False

七、多态

不同的子类调用相同的父类方法，产生不同的执行结果，可以增加代码的外部灵活度。多态是​以继承和重写父类方法​为前提的，它是一种调用方法的技巧，不会影响到类的内部设计。

场景

• 提供三个类：缉毒犬、军犬、人
• 缉毒犬（追查毒品），军犬（攻击敌人），人（让小狗干活）
• 设计类来完成功能

实现

class ArmyDog(object):

    def bite_enemy(self):
        print('追击敌人')


class DrugDog(object):

    def track_drug(self):
        print('追查毒品')


class Person(object):

    def work_with_army(self, dog):
        dog.bite_enemy()

    def work_with_drug(self, dog):
        dog.track_drug()


ad = ArmyDog()
dd = DrugDog()

p = Person()
p.work_with_army(ad)
p.work_with_drug(dd)

思考：这段代码设是否有问题？

新增需求：多了一个犬种，需要在Person类里新建一个方法，让这个方法操作新的狗。

class XiaoTianDog(object):

    def eat_moon(self):
        print('哮天犬把月亮吃了')


class Person(object):

    def work_with_xiaotian(self, dog):  # 添加方法
        dog.eat_moon()

Person 类总是不断的添加新的功能，每次都需要改动Person类的源码，程序的扩展性太差了！

最好是提供一个父类 Dog，具备 work 的功能，其他小狗继承它，这样只要是小狗类，则行为被统一起来了，我们人类完全可以保证，只要是小狗的子类，找它干活肯定不会有问题。这样人只要一个方法就能逗任意种类的狗玩，哪怕是添加新的狗，人的类都不需要修改。

最终实现

class Dog(object):

    def work(self):  # 父类提供统一的方法，哪怕是空方法
        pass


class ArmyDog(Dog):  # 继承 Dog

    def work(self):  # 子类重写方法，并且处理自己的行为
        print('追击敌人')


class DrugDog(Dog):

    def work(self):
        print('追查毒品')


class XiaoTianDog(Dog):

    def work(self):
        print('哮天犬把月亮吃了')


class Person(object):

    def work_with_dog(self, dog):
        dog.work()  # 使用小狗可以根据对象的不同而产生不同的运行效果, 保障了代码的稳定性


# 子类对象可以当作父类来使用
dog = Dog()
ad = ArmyDog()
dd = DrugDog()
xtd = XiaoTianDog()

p = Person()

# 同一个方法，只要是 Dog 的子类就可以传递，提供了代码的灵活性
# 并且传递不同对象，最终 work_with_dog 产生了不同的执行效果
p.work_with_dog(dog)
p.work_with_dog(ad)
p.work_with_dog(dd)
p.work_with_dog(xtd)

Person 类中只需要调用 Dog 对象 ​​work()​​ 方法，而不关心具体是 什么狗

​​work()​​ 方法是在 Dog 父类中定义的，子类重写并处理不同方式的实现

在程序执行时，传入不同的 Dog 对象作为实参，就会产生不同的执行效果

多态总结

• 定义：多态是一种使用对象的方式，子类重写父类方法，调用不同子类对象的相同父类方法，可以产生不同的执行结果
• 好处：调用灵活，有了多态，更容易编写出通用的代码，做出通用的编程，以适应需求的不断变化！
• 实现步骤：

• 定义父类，并提供公共方法
• 定义子类，并重写父类方法
• 传递子类对象给调用者，可以看到不同子类执行效果不同

八、其他

对象的内置属性

1. ​​__slots__​​

限制对象属性的动态绑定。

2. ​​__doc__​​

表示类的描述信息，获取类中的文档注释（多行注释）。

class Check(object):
    """
    功能：实现校验的功能
    参数
    返回值
    """

    def show(self):
        pass


print(Check.__doc__)
c = Check()
print(c.__doc__)

3. ​​__dict__​​

获取类或者对象的信息【属性和方法】，返回字典。

class MyClass(object):
    num = 10

    def __init__(self, m):
        self.m = m

    def show(self):
        pass

    @classmethod
    def func(cls):
        pass

    @staticmethod
    def test():
        pass


# 类名：类属性，构造函数，实例函数，类函数，静态函数
print(MyClass.__dict__)
m = MyClass(5)

# 对象：实例属性
print(m.__dict__)

总结：

• 内置的数据类型没有​​__dict__​​属性

• 每个类有自己的​​__dict__​​​属性，就算存着继承关系，父类的​​__dict__​​​ 并不会影响子类的​​__dict__​​

• 对象也有自己的​​__dict__​​属性，存储实例属性信息

4. ​​__module__​​

获取当前操作的对象在哪个模块。

如果被操作的对象在当前模块，则获取的结果为​​__main__​​​ ，如果被操作的对象在其他模块，则获取的结果为 ​​模块名​​ 。

class MyClass(object):
    pass


m = MyClass()
print(m.__module__)  # __main__

from random import randint

print(randint.__module__)  # random

5. ​​__class__​​

类似于​​type(xxx)​​ ，返回当前对象的类型。

class MyClass(object):
    pass


m = MyClass()
print(m.__class__)  # <class '__main__.MyClass'>
print(type(m))  # <class '__main__.MyClass'>

print('abc'.__class__)  # <class 'str'>
print(type('abc'))  # <class 'str'>

对象的内置函数

1. ​​id()​​

获取一个对象在内存中的地址

a = 99
print(id(a))
print(type(id(a)))

# 比较两个对象的地址是否相同
a = 19
b = 10
print(id(a) == id(b))
print(a is b)

2. ​​type()​​

• 获取对象的类型

print(type("abc"))  # <class 'str'>

• type的返回值可以直接比较是否相等

print(type(20) == type(40))  # True
print(type(20) == int)  # True
print(type(type(10)))  # <class 'type'>

class Person(object):
    pass


p = Person()
print(type(p))  # <class '__main__.Person'>
print(type(Person))  # <class 'type'>

• 借助​​types​​ 模块，可以判断函数的类型

import types

print(type(lambda x: x) == types.LambdaType)
print(type((x for x in range(10))) == types.GeneratorType)
print(type(abs) == types.BuiltinFunctionType)

3. ​​isinstance()​​

判断一个实例对象是否是由某一个类（或者它的子类）实例化创建出来的。

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


class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, score):
        super(Student, self).__init__(name, age)
        self.score = score


p = Person('tony', 18)
s = Student('jack', 20, 90)

print(isinstance(p, Person))  # True.对象p是由Person类创建出来的
print(isinstance(s, Person))  # True.对象s是有Person类的子类创建出来的

print(isinstance(18, int))
print(isinstance([1, 2, 3], (list, tuple, dict)))
print(isinstance(33, (str, int)))

4. ​​dir()​​

查看对象内的所有的属性和方法。

# 获得当前模块的属性
print(dir())

print(dir("abcd"))

5. ​​issubclass(子类, 父类)​​

判断两个类之间的继承关系。

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


class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, score):
        super(Student, self).__init__(name, age)
        self.score = score


class Dog(object):
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name
        self.color = color


print(issubclass(Student, Person))  # True
print(issubclass(Dog, Person))  # False

类方法

• 形参列表的第一个参数为​​cls​​ ，表示当前类；

• 使用 ​​@classmethod​​ 装饰器来装饰。

​使用场景​

• 当方法中​需要使用类对象​（如访问私有类属性等）时，定义类方法
• 类方法一般和类属性配合使用

class Person(object):
    # 类属性
    __num = 3

    # 构造函数
    def __init__(self, name, age):
        # 实例属性
        self.name = name
        self.age = age

    # 实例函数：形参列表的第一个参数必须为self，表示当前对象
    def show(self):
        print("show", self)
        print("showing")

    @classmethod
    def func1(cls):
        # cls就相当于是Person，所以可以通过cls创建对象
        c = cls("jack", 18)
        # 在类方法中调用 实例函数，必须先通过cls创建对象，然后再调用
        c.show()
        return cls.__num


p = Person("tom", 5)

# 类函数可以通过类名或者对象调用
print(p.func1())
print(Person.func1())
"""
show <__main__.Person object at 0x000001D1865BB308>
showing
3
"""

静态方法

• 需要通过装饰器​​@staticmethod​​ 来进行修饰，​静态方法既不需要传递类对象也不需要传递实例对象（形参没有self/cls）​。
• 静态方法 也能够通过​实例对象​和​类对象​去访问。

​使用场景​

• 当方法中​既不需要使用实例对象​（如实例对象，实例属性），​也不需要使用类对象​（如类属性、类方法、创建实例等）时，定义静态方法
• ​取消不需要的参数传递​，有利于​减少不必要的内存占用和性能消耗​

class Dog(object):
    type = "狗"

    def __init__(self):
        name = None

    # 静态方法    
    @staticmethod
    def introduce():  # 静态方法不会自动传递实例对象和类对象
        print("工作赚钱了养只金毛")


dog1 = Dog()
Dog.introduce()  # 可以用 实例对象 来调用 静态方法
dog1.introduce()  # 可以用 类对象 来调用 静态方法

​注意点​

类中定义了同名的方法时，调用方法会执行最后定义的方法。

class Dog:

    def demo_method(self):
        print("对象方法")

    @classmethod
    def demo_method(cls):
        print("类方法")

    @staticmethod
    def demo_method():  # 被最后定义
        print("静态方法")


dog1 = Dog()
Dog.demo_method()  # 结果: 静态方法
dog1.demo_method()  # 结果: 静态方法

九、单例设计模式

概念

程序运行过程中，确保某一个类只有一个实例【对象】，不管在哪个模块获取这个类的对象，获取到的都是同一个对象。该类有一个静态方法,向整个工程提供这个实例，例如：一个国家只有一个主席，不管他在哪里。

单例设计模式的核心：一个类有且仅有一个实例，并且这个实例需要应用于整个程序中，该类被称为单例类。

应用场景

应用程序中描述当前使用用户对应的类，当前用户对于该应用程序的操作而言是唯一的，所以一般将该对象设计为单例。

实际应用：数据库连接池操作，应用程序中多处地方连接到数据库，连接数据库时的连接池只需一个就行，没有必要在每个地方都创建一个新的连接池，这种也是浪费资源 ，解决方案也是单例。

实现

1. 模块

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

    def dance(self):
        print(self.name + "dancing")


p = Person("小彩旗")
print(id(p))

from Day15.singleton.person import p

# 依据：Python中的模块本身是一种单例，因为只有当第一次import的时候才会去加载源文件【.pyc】，
print(p)
print(id(p))

2. ​​__new__​​

class Person(object):
    # 定义类属性，用于存储当前类可以创建的唯一的实例
    __instance = None

    # 只要执行创建对象的语法，都会调用__new__，也都会将__new__的返回值传递给__init__的self，进行属性的赋值
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # 思路：判断__instance 值是否为None，如果为None，则赋值【当前实例】，如果不为None，则直接返回
        if not cls.__instance:
            cls.__instance = super(Person, cls).__new__(cls)
        return cls.__instance

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


p1 = Person("jack", 10)  # 0x67345674   第一次肯定会创建
print(p1)
p2 = Person("aaa", 6)  # 0x67345674      第二次则表示获取，但是会将属性值重新赋值
print(p2)
print(id(p1) == id(p2))  # True
print(p1 is p2)  # True

print(p1.name, p2.name)  # aaa aaa

3. 装饰器

​装饰器装饰函数​

def outter(func):
    print("ouuter~~~~")

    def inner():
        print("inner~~~")
        func()

    return inner


@outter
def test():
    print("test")


test()

​装饰器装饰类​

def outter(cls):
    print("outter~~~222")

    def inner():
        print("inner~~~~222")

        return cls()

    return inner


@outter
class Check(object):
    pass

# 只要上述代码，会打印outter~~~222
c = Check()
print(c)
c1 = Check()
print(c1)

"""
outter~~~222
inner~~~~222
<__main__.Check object at 0x000002422E4E8B88>
inner~~~~222
<__main__.Check object at 0x000002422E4E5788>
"""

def outter(cls):
    print("outter~~~222")

    def inner(*args, **kwargs):
        print("inner~~~~222")

        return cls(*args, **kwargs)

    return inner


@outter
class Check(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age


c = Check("jack", 10)
print(c)
print(c.name, c.age)
"""
outter~~~222
inner~~~~222
<__main__.Check object at 0x0000020A220CB2C8>
jack 10
"""

​实现单例​

def singleton(cls):
    # 定义一个变量，用于存储被装饰的类唯一的实例
    instance = None

    # 建议：函数命名为getinstance/currentinstance/defaultinstance
    def getinstance(*args, **kwargs):
        # 思路：判断instance值是否为None，如果为None，则赋值【当前实例】，如果不为None，则直接返回
        # nonlocal  instance声明局部作用域中的instance不是定义了新的变量，而是来自于函数作用域的instance
        nonlocal instance
        if not instance:
            # cls()会自动调用原类的构造函数【__init__】
            instance = cls(*args, **kwargs)
        # 返回被装饰类唯一的实例
        return instance

    return getinstance


@singleton
class Person(object):
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.score = score


p1 = Person("zhangsan", 10, 99)
p2 = Person("lisi", 18, 100)
print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))  # True

print(p1.name, p2.name)  # zhangsan zhangsan

def singleton(cls):
    instance_dict = {}

    def getinstance(*args, **kwargs):
        # 思路：判断instance_dict是否为空，如果为空，以被装饰的类作为key，唯一的实例作为value
        # 如果不为空，则直接返回value
        if not instance_dict:
            instance_dict[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instance_dict[cls]

    return getinstance


@singleton
class Person(object):
    def __init__(self, name, age, score):
        self.name = name
        self.age = age
        self.score = score


p1 = Person("zhangsan", 10, 99)
p2 = Person("lisi", 18, 100)
print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))  # True

print(p1.name, p2.name)  # zhangsan zhangsan

​类函数​

# 思路：在当前类中创建一个实例，在类的外面只需要获取
class Person(object):
    # 定义一个类私有属性，保存当前类唯一的实例
    __instance = None

    @classmethod
    def getinstance(cls, *args, **keargs):
        # 创建对象
        if not cls.__instance:
            cls.__instance = cls(*args, **keargs)
        return cls.__instance

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


p1 = Person.getinstance("zhangsan", 10)
print(p1)  # <__main__.Person object at 0x00000287C9535A08>
p2 = Person.getinstance("lisi", 20)
print(p2)  # <__main__.Person object at 0x00000287C9535A08>

print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))  # True

print(p1.name, p2.name)  # zhangsan zhangsan

十、枚举类

使用枚举类的好处

枚举类可以方便地表示星期，月份等常数类型，如果你不用枚举类，那么你只能用数字或者字符串。如果你使用数字，用1-7来表示星期数，但一个数字在程序中不仅可以表示星期数，可能还有其他许多含义，这样你在写程序时就必须时刻记住这些数字的含义，这降低了程序的可读性，也导致容易出错。而当你使用字符串时，虽然没有明显的缺点，但在内存中字符串所占内存要比数字多，这就降低了程序的效率。

枚举类正好弥补了这两方面的缺点，你可以在代码中使用枚举类，但在内存中存放时使用的是数字，既提高了可读性，又提高了程序效率。更重要的是，Python中的枚举类型是不可变类型，又可以进行迭代，这就意味着可以随时使用枚举类型而不用担心改变了枚举类型的值。

创建枚举类

枚举类型可以通过继承Enum类来实现，注意Enum类是在enum模块中的。

from enum import Enum


class Week(Enum):
    # 枚举成员
    MONDAY = 1
    TUESDAY = 2
    WEDNESDAY = 3
    THURSDAY = 4
    FRIDAY = 5
    SATURDAY = 6
    SUNDAY = 0

查看枚举类型

# 枚举类型
print(Week.MONDAY, type(Week.MONDAY))  # Week.MONDAY <enum 'Week'>
print(Week['MONDAY'])  # Week.MONDAY

# 枚举名称 key
print(Week.MONDAY.name)  # MONDAY

# 枚举值 value
print(Week.MONDAY.value)  # 1

# 通过value得到枚举类型
print(Week(0))  # Week.SUNDAY

# 遍历查询枚举成员的值
for w in Week:
    print(w.value)

重复的枚举类型

当存在枚举成员有重复时，则后面的枚举成员相当于第一个枚举成员的别名，而且在实际使用中，就是使用的第一次出现的枚举成员。

from enum import Enum


class Week(Enum):
    # 枚举成员
    MONDAY = 1
    TUESDAY = 2
    WEDNESDAY = 3
    THURSDAY = 4
    FRIDAY = 5
    SATURDAY = 6
    SUNDAY = 0
    ALIAS_FOR_SUNDAY = 0

上述代码中，​​ALIAS_FOR_SUNDAY​​​ 就是 ​​SUNDAY​​ 的别名，就比如“星期日”和“星期天”都可以表示星期七一样，当遇到这种情况我们也可以这样用。

​如果尝试遍历枚举类型，则后面重复的不会被打印出来​。但是，如果想要获取别名，我们可以使用属性​​__members__​​，它是一个OrderedDict，包括所有定义的枚举名称，包括别名。

for name, member in Week.__members__.items():
    print(name, member)

确保枚举类型的唯一

枚举类型默认可以对相同的值使用别名，但有时我们需要确保枚举类型不能重复，我们也有办法使每个枚举值只出现一次。我们可以引入装饰器​​@unique​​，它会遍历枚举成员，如果发现有重复就会立即抛出 ValueError。

from enum import Enum, unique


@unique
class Week(Enum):
    # 枚举成员
    MONDAY = 1
    TUESDAY = 2
    WEDNESDAY = 3
    THURSDAY = 4
    FRIDAY = 5
    SATURDAY = 6
    SUNDAY = 0
    # ALIAS_FOR_SUNDAY = 0  # ValueError: duplicate values found in <enum 'Week'>: ALIAS_FOR_SUNDAY -> SUNDAY

IntEnum

限制枚举成员必须是整数类型。

from enum import Enum, unique, IntEnum


class Flag(IntEnum):
    A = 3
    B = 19
    C = 10
    # D = "abc"  # ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

枚举类的其他特性

最有趣的也是最重要的是枚举类型是使用单例模式实现的。在创建枚举类的时候，Python就在内存中为我们创建了枚举类的对象，因此我们不必实例化枚举类。并且由于枚举类的​​__new__​​方法，将会保证内存中只会存在一个枚举类的实例。

十一、接口类

继承有两种用途：

一：继承基类的方法，并且做出自己的改变或者扩展（代码重用）

二：声明某个子类兼容于某基类，定义一个接口类​​Interface​​，接口类中定义了一些接口名（就是函数名）且并未实现接口的功能，子类继承接口类，并且实现接口中的功能。

实践中，继承的第一种含义意义并不很大，甚至常常是有害的。因为它使得子类与基类出现强耦合，继承的第二种用途非常重要。它又叫​接口继承​。

# 接口类,将多个类中的共同的需求做出了一个抽象
class Payment(object):
    # 规定了一个兼容的接口
    def pay(self):
        pass


class WechatPay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("微信支付")


class AliPay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("支付宝支付")


class ApplePay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("苹果支付")


def func(obj, money):
    obj.pay(money)


# 创建对象
w = WechatPay()
a = AliPay()
a1 = ApplePay()

func(w, 1000)
func(a, 1000)
func(a1, 1000)

十二、抽象类

由于python 没有抽象类、接口的概念，所以要实现这种功能得借助于 ​​abc​​ 这个类库。

抽象类是一个特殊的类，它的特殊之处在于​只能被继承，不能被实例化​。

import abc  # abstract  class


# 1.定义一个抽象类，并在其中定义抽象方法
class Check1(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def read(self):
        pass

    @abc.abstractmethod
    def write(self):
        pass


# 注意1：抽象类本身不能被实例化
# c1 = Check1()

# 注意2：抽象类存在的意义就是为了被继承
# 注意3：在继承了抽象类的子类中必须实现抽象类中的方法
class SubClass1(Check1):
    def read(self):
        print("读取")

    def write(self):
        print("写入")


s1 = SubClass1()
s1.read()
s1.write()