VII python面向对象
VII python面向对象以下概念及举例均在python3.*中实现；
1、
面向过程&面向对象：
op
oo
产生背景
科学计算为目标的必然产物
软件应用领域的扩张和系统膨胀之后应运而生
编程方法
自顶向下
自底向上
代码主体结构
程序=数据（变量）+算法（函数|过程）
程序=对象+交互
数据操作主体
由函数|过程进行加工与展现
在对象的方法中加工与展现
模拟方法
通过函数|过程操纵表现世界的数据与状态
把世界描绘成具有主动性的对象之间交互
编程思维
搞清处理数据的步骤
面向对象分析
运行效率
较高
较低
鸡兔同笼：
先假设全部为鸡，计算出腿数；
算出腿数量差；
得出鸡数量；
计算另一动物的数量；
注：
自猜想的数据类型；
变量名为大写就认为是常量；
大小写敏感；
2、
对象编程体验：
自动运行小游戏模拟：
在一维的地图上，有一只虫子和一只蚂蚁，每一次它们都走过一个-3,-2,2,3随机单位的距离（选定走法），若达到地图边界则放弃移动，当蚂蚁虫子处于同一位置时，蚂蚁吃掉虫子，程序结束；
op：
虫子的初始位置；
蚂蚁的初始位置；
进入循环（条件为蚂蚁和虫子不在同一位置）；
依照规则，蚂蚁和虫子移动位置；
直到蚂蚁和虫子走到同一位置，程序结束；
oo：
游戏中的对象有：地图、虫子、蚂蚁；
地图是一维的，只需要记录虫子和蚂蚁的位置；
蚂蚁和虫子知道自己的位置；
蚂蚁和虫子能按规则移动；
定义地图、蚂蚁、虫子三个类；
主程序中实例化它们，并通过对象间的交互来完成游戏的模拟；
3、
面向对象入门：
理解对象：
对象可以指自然界中的任何事物；
计算机为解决某个领域问题所使用的事物（自然界中的事物的模型化）；
事物（对象）只有自身的特征或能力；
计算机中的对象具有解决问题所需的特征或能力；
对象优越性：
封装（将模型的特征和能力打包在一起；模型的改变由模型自身来完成，就像自然界的事物一样；隐藏模型的细节，外界只能使用它，而不必（不能）改变它）；
继承（符合自然界的分类规律；快速的代码重用）；
多态（子类可以继承父类的特征与能力，还可通过自定义来修改其特征与能力；duck typing鸭子类型）；
组合（一个模型可以由其它的模型组成）；
注：
duck typing来源于james whitcomb riley提出的鸭子测试：
当看到一只鸟走起来像鸭子，叫起来像鸭子，游泳起来像鸭子，那么这只鸟就可被称为鸭子；
在鸭子类型中，关注的不是对象的类型本身，而是它是如何使用的；
在有的语言中必须用接口来实现；
4、
定义和使用类：
最简类定义；
类实例化；
类与实例之间的关系（
定义类就是建立模型；
实例化就是建立真实事物；
例如：模具、印章）；
有特征和能力的类（
特征|属性，是类自身包含或知道的数据；
能力，以方法体现，是类具有能动性的体现）；
实例化步骤（
调用__new__()方法创建实例，__new__()方法自动从object继承；
调用__init__()方法对其初始化，__init__()方法在类中定义）；
添加类说明docstring（
紧跟在类名之后，以三引号包围的字符串；
查看类说明，类名.__doc__或help(类名)）；
新式类与经典类（
python2.*版本，默认是经典类，继承object为新式类；
python3.*版本，统一为新式类，不用继承object；
区别：经典类继承为深度优先；新式类继承为广度优先）
描述对象的特征（实例属性；类属性；私有属性；特殊属性）：
实例属性：
类被实例化以后才具有的属性；
一般在__init__()方法中创建并初始化；
直接使用即定义，self.属性名；
引用方法，self.属性名；
self用来代表类的实例；
类外用实例名.属性名方式定义和引用；
相同类的不同实例，其实例属性是不相关的；
一般不建议在__init__()方法之外创建和初始化实例属性；
一般不推荐类外定义和修改，修改可以单独定义方法；
In :> ....: def __init__(self):
....: self.a = 0
....: self.b = 10
....: def info(self):
....: print 'a:',self.a,'b:',self.b
....: def define_c(self):
....: self.c = 20
In : tc=TestClass()
In : tc.info()
a: 0 b: 10
In : tc.color='red' #类外用
In : print tc.color
red
In : tca = TestClass()
In : tcb = TestClass()
In : tca.a = 100
In : tcb.a = 200
In : tca.info()
a: 100 b: 10
In : tcb.info()
a: 200 b: 10
In : tc = TestClass()
In : tc.define_c()
In : print tc.c
20
类属性：
类定义后就存在，而且不需要实例化；
类属性使得相同类的不同实例共同持有相同变量；
In :> ....: cssa = 'class-attribute'
....: def __init__(self):
....: self.a = 0
....: self.b = 10
....: def info(self):
....: print 'a:',self.a,'b:',self.b,TestCss.cssa
In : tc = TestCss()
In : tc.info()
a: 0 b: 10> In : tc = TestCss()
In : tc.info()
a: 0 b: 10> In : tca = TestCss()
In : tca.info()
a: 0 b: 10> In : TestCss.cssa = 0 #类外修改其属性
In : tc.info()
a: 0 b: 10 0
In : tca.info()
a: 0 b: 10 0
私有属性：
不提供限制属性访问的关键字（无法限制类的各种属性在类外直接访问）；
使用__开头的变量名加以标示，只有类对象自己能访问（限制性的）；
使用_开头的变量名加以标示，只有类对象及其子类能访问（非强制性），对程序员来说，是标示性的而非限制性的，在类外还可以修改和查看；
In :> ....: def __init__(self):
....: self.__a = 0 #在此处初始化时实例属性就被隐藏了
....: def info(self):
....: print self.__a
....:
In : a = TestPri()
In : a.info()
0
In : a.__a = 3 #私有属性不能在外部进行修改，此处相当于重新定义了一个实例属性，与类中定义的self.__a = 0是不一样的
In : a.info()
0
In : print a.__a
3
In :> ....: def __init__(self):
....: self._a = 10
....: def info(self):
....: print self._a
....:
In : a = TestPri()
In : a.info()
10
In : a._a = 30 #在类外可修改和查看
In : a.info()
30
In : print a._a
30
特殊属性：
__doc__
__name__ #类名称
__dict__ #实例属性的所有属性名及值组成的dictionary
__module__ #该类所在的模块名
__base__ #该类的父类
5、让对象具有能动性：
类的方法的定义：
def fun_name(self,…):
pass
其中，self表示类的实例，在调用方法时由系统自动提供；
方法定义时必须指明self参数；
类的方法的调用：
与普通函数调用类似，即使参数列表为空也不能省略()；
在类的内部调用，self.方法名(参数列表)；
在类的外部调用，实例名.方法名(参数列表)；
以上两种调用方法，提供的参数列表中都不用包括self；
类内方法相互调用：
在一个类的内部，方法之间是可以相互调用的；
调用方法，self.方法名(参数列表);
构造方法及其作用：
构造方法即使用__init__()方法；
构造方法的作用是在类实例化时初始化实例；
__init__()方法就是类实例化的第二步自动调用的函数，其方法名是固定的，但其参数同普通方法一样，至少要带self参数；
初始化实例包括，定义和初始化实例属性，或调用类的一些方法；
构造方法可带有除self外的其它各种参数，关键字参数、默认参数、用tuple收集参数、用字典收集关键字参数等，可以达到在实例化类时，为相应的属性传入指定的值；
注：
定义类的实例方法，和实例属性一样，必须进行类实例化之后，才能存在和调用它们；
python3.*版本，print是函数；python2.*，print是语句；
6、深入类的属性：
同名的类属性与实例属性：
实例名.属性名，优先引用实例属性；
类名.属性名，只能引用类属性；
属性访问的特殊方法（反射，或叫自省）：
用字符串来操作类的属性|方法的方式；
主要工具函数（在编写框架或特殊项目时才用到）：
hasattr(obj_name,'属性名')
setattr(obj_name,'属性名',值)
getattr(obj_name,'属性名')
In :> ....: a = 0
....: def __init__(self):
....: self.a = 10
....: self.b = 20
....:
In : a = TestClass()
In : a.a
Out: 10
In : a.b
Out: 20
In : TestClass.a
Out: 0
In : TestClass.b #抛异常，此类未定义b属性
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-55-39cab4ae7dc4> in <module>()
----> 1 TestClass.b
AttributeError:> In : getattr(a,'a') #获取实例a的a属性
Out: 10
In : setattr(a,'a',20)
In : a.a
Out: 20
In : hasattr(a,'b')
Out: True
属性包装：
将方法包装成属性，以隐藏相关实现，用户使用时用属性的方式来用；
控制属性的类型和范围，如某属性只能是正数且在0-100之间；
虚拟属性（由其它属性处理后得来）；
三种属性操作（3个装饰器）：
@property #可读
@<property-name>.setter #可写
@<property-name>.deleter #可删
举例：
attribute_package.py
#!/usr/bin/env python3.6
#
class Washer:
def __init__(self,water=100,scour=2):
self._water = water
self.scour = scour
self.year = 2010
@property
def water(self):
return self._water
@water.setter
def water(self,water):
if 0 < water <= 500:
self._water = water
else:
print('set failure')
@property
def total_year(self):
return 2018 - self.year
if __name__ == '__main__':
w = Washer()
print(w.water)
w.water = -123
print(w.water)
print(w.total_year)
描述符：
将实现特殊协议方法的类作为另一个类的类属性；
用来拦截和控制属性访问并可重复使用；
协议方法：
__get __()
__set__()
__delete__()
分类：
数据描述符（实现全部协议方法）；
非数据描述符（实现部分协议方法）；
说明：
所有类成员函数都是非数据描述符；
同名的实例属性和非数据描述符（以方法为例）访问优先级；
注：
描述符只能在新式类中使用；
__call__()，让类的实例如函数一样可调用；
举例（数据描述符）：
data_description.py
#!/usr/bin/env python3.6
#
class NonNeg:
def __init__(self,default=0):
self.default = default
def __get__(self,instance,owner):
return self.default
def __set__(self,instance,val):
if val > 0:
self.default = val
else:
print('the value must be nonnegative')
def __delete__(self,instance):
pass
class Movie:
rating = NonNeg()
score = NonNeg()
if __name__ == '__main__':
m = Movie()
print('rating:',m.rating)
print('score:',m.score)
m.rating = 80
print('rating:',m.rating)
m.score = 30
print('score:',m.score)
举例（非数据描述符）：
In :> ...: def pr(self):
...: print('test')
...:
In : t = Test()
In : dir(t.pr) #pr方法实现了__get__()方法
Out:
['__call__',
'__class__',
'__delattr__',
'__dir__',
'__doc__',
'__eq__',
'__format__',
'__func__',
'__ge__',
'__get__',
'__getattribute__',
In : t.pr = 10 #实例属性和非数据描述符同名，优先级为先实例属性再非数据描述符，此例中t.pr的属性掩盖了pr()方法
In : t.pr
Out: 10
In : del t.pr
In : t.pr
Out: <bound method Test.pr of <__main__.Test object at 0x7f10ecd1c1d0>>
In : t.pr()
test
7、
类方法、静态方法：
静态方法：
定义：
用staticmethod装饰；
参数不用self；
访问特性：
不能引用或访问实例属性；
可通过类、类变量访问类属性；
调用方式：
可用类、类实例调用；
本质：
在类中的一个普通函数；
使面向对象程序中的函数归属于类，易于代码管理；
用法：
与类相关，但不依赖或改变类与实例；
创建不同的实例；
把类相关工具方法放入类中；
举例：
static_method.py
class Washer:
company = 'panasonic'
def __init__(self,water=10,scour=2):
self.water = water
self.scour = scour
self.year = 2010
@staticmethod
def spins_ml(spins):
print('company:',Washer.company)
#print('year:',self.year) #报错，不能引用实例属性
return spins * 0.4
if __name__ == '__main__':
print(Washer.spins_ml(8))
w = Washer()
print(w.spins_ml(9))
w = Washer(200,Washer.spins_ml(10))
print(w.company)
print(w.year)
print(w.water)
print(w.scour)
print(w.spins_ml(10))
类方法：
定义：
@classmethod；
必须提供参数cls；
访问特性：不能引用或访问实例属性；
调用方法：可以用类、类实例调用；
继承特性：传入的类变量cls是子类，而非父类；
用途：
与类相关，但不依赖或改变类的实例；
工厂方法，创建类实例，完成有关预处理；
在类内调用静态方法时不用硬编码类名；
举例：
class_method.py
class Washer:
company = 'panasonic'
def __init__(self,water=10,scour=2):
self.water = water
self.scour = scour
self.year = 2010
def spins_ml(spins):
return spins * 0.4
@classmethod
def get_washer(cls,water,scour):
print('company:',Washer.company)
#print('year:',self.year)
return cls(water,cls.spins_ml(scour))
def start_wash(self):
print(self.water)
print(self.scour)
print('start wash')
if __name__ == '__main__':
w = Washer.get_washer(100,8)
w.start_wash()
8、
类的继承与方法重载：
继承特点：
oo编程的优点之一；
减少代码和灵活制定新类；
子类具有父类的属性和方法；
子类不能继承父类的私有属性|方法；
子类可添加新的方法；
子类可修改父类的方法；
继承语法：
定义类时，在类名后写(继承的类名)；
多重继承时，括号中放多个父类名；
例：
class MyClass(BaseClass):
重载的语法：
直接定义和父类同名的方法；
修改父类的方法：
在重载的方法中调用父类方法；
同时添加相应的业务逻辑；
多重继承时如何调用父类方法；
模拟游戏解析：
sprite,ant,worm
例（编写一个色子类）：
1、具有6个面，每个面为一种颜色；
2、每种颜色代表一种数值1-6；
3、实现一个通过颜色计算两种其代表数值和的静态方法；
4、实现一个类方法gen_dice，用于产生这个类的实例；
例：
In :> ...: pass
...:
In : A.__base__ #类A的父类是object，object是python中的新式类
Out: object
In :> ...: pass
...:
In : B.__base__ #类B的父类是类A
Out: __main__.A
In :> ...: pass
...:
In :> ...: pass
...:
In : D.__bases__ #D的所有父类
Out: (__main__.A, __main__.C)
In :> ...: def foo(self):
...: print('A foo')
...:
In :> ....: def foo(self):
....: print('B foo')
....:
In :> ....: pass
....:
In : c = C()
In : c.foo() #输出先继承的类的方法
A foo
In :> ....: pass
....:
In : D().foo()
B foo
举例：
wash.py
9、
类的特殊方法：
深入理解类：
类也是一个对象，但具有创建其自身实例的能力；
类可以和一个变量进行绑定；
可以为类增加属性；
可把类作为函数的参数传递；
元类：
类的创建和管理者type；
所有的类都是元类type的实例（python3.*）；
类实例化过程；
例：
In :> ....: pass
....:
In : ept = Empty
In : ept
Out: __main__.Empty
In : ept.__base__
Out: object
In : ept()
Out: <__main__.Empty at 0x7fd0adf7c470>
In : ept.foo='foo'
In : ept.foo
Out: 'foo'
In : def use_class(mc):
....: return mc()
....:
In : use_class(Empty)
Out: <__main__.Empty at 0x7fd0adf7ef28>
In : type(Empty)
Out: type
In : Hello = type('Hello',(object,),dict(helo=lambda lf:print('hello')))
In : h = Hello()
In : h.helo()
hello
10、
鸭子类型与多态：
多态：
一种类型具有多种类型的能力；
允许不同的对象对同一消息作出灵活的反应；
以一种通用的方式对待可使用的对象；
非动态语言必须通过继承和接口来实现；
python中的多态：
通过继承实现多态（子类可作为父类使用）；
子类可重载父类的方法实现多态；
例：
In :> ....: def move(self):
....: print('Animal is moving...')
....:
In :> ....: pass
....:
In : def move(obj):
....: obj.move()
....:
In : a = Animal()
In : move(a)
Animal is moving...
In : d = Dog()
In : move(d)
Animal is moving...
In :> ....: def move(self):
....: print('Cat is moving...')
....:
In :> ....: def move(self):
....: print('Sheep is moving...')
....:
In : move(Cat())
Cat is moving...
In : move(Sheep())
Sheep is moving...
In : move(7) #报错
动态语言与鸭子类型：
变量绑定的类型具有不确定性；
函数和方法可接受任何类型的参数；
调用方法时不检查提供的参数类型；
调用时是否成功由参数的方法和属性确定；
调用不成功则抛出错误；
python中不用定义接口；
例：
In : def test(foo):
....: print(type(foo))
....:
In : test(3)
<class 'int'>
In : test(3.1)
<class 'float'>
In : type(3)
Out: int
In : type(3.1)
Out: float
多态的好处：
可实现开放的扩展与修改的封闭；
使python更具灵活性；
11、
python与设计模式：
设计模式：
用来提高代码复用和可维护性的方式；
能够很好的指导软件设计过程；
是成功的软件设计模式和体系结构；
用于解决特定类型问题的面向对象编程模型；
python与设计模式：
由于语言的特性不同，设计模式的实现方式和实现难度也会不同；
有的模式已经在语言中内置了，如迭代器模式；
单例模式可直接用模块级变量来实现；
普通工厂模式可直接通过传入“类名”作为参数实现；
策略模式：
让一个对象的某个方法可以随时改变，而不用更改对象的代码；
对于动态类型的python语言，不需要定义接口；
基本的实现方法，用类作为参数传递；
最简单的实例方法，函数作为参数传递；
例（单例模式）：
single_class.py
class singleClass:
def __init__(self,x=0):
self.x = 0
sc = singleClass()
def tsc():
print(sc.x)
sc.x = 10
print(sc.x)
def tsc2():
print(sc.x)
sc.x = 9
print(sc.x)
if __name__ == '__main__':
tsc()
tsc2()
例（实现单实例的方式）：
singleton.py
class Singleton:
def __new__(cls,*args,**kwargs):
if not hasattr(cls,'_sgl'):
cls._sgl = super().__new__(cls,*args,**kwargs)
return cls._sgl
if __name__ == '__main__':
sa = Singleton()
sb = Singleton()
print(id(sa))
print(id(sb))
例（普通工厂模式）：
normal_factory.py
class Ab:
a = 3
class Ac:
a = 0
class MyFactory:
def get_instance(self,ins):
return ins()
if __name__ == '__main__':
mf = MyFactory()
print(type(mf.get_instance(Ab)))
例（策略模式——用类作为参数传递）：
class Moveable:
def move(self):
print('Move...')
class MoveOnFeet(Moveable):
def move(self):
print('Move on feet...')
class MoveOnWheel(Moveable):
def move(self):
print('Move on wheel...')
class MoveObj:
def set_move(self,moveable):
self.moveable = moveable()
def move(self):
self.moveable.move()
class Test:
def move(self):
print('i am fly')
if __name__ == '__main__':
m = MoveObj()
m.set_move(Moveable)
m.move()
m.set_move(MoveOnFeet)
m.move()
m.set_move(MoveOnWheel)
m.move()
m.set_move(Test)
m.move()
例（策略模式——用函数作为参数传递）：
def movea():
print('move a')
def moveb():
print('move b')
class MoveObj:
def set_move(self,moveable):
self.moveable = moveable
def move(self):
self.moveable()
if __name__ == '__main__':
m = MoveObj()
m.set_move(movea)
m.move()
m.set_move(moveb)
m.move()
12、
装饰模式：
一般，通过继承可获得父类的属性，还可通过重载修改其方法；
装饰模式可不以继承的方式而返回一个被修改的类；
类装饰器；
例：
decorator.py
class BeDeco:
def be_edit_fun(self):
print('source fun')
def be_keep_fun(self):
print('keep fun')
class Decorator:
def __init__(self,dec):
self._dec = dec()
def be_edit_fun(self):
print('start...')
self._dec.be_edit_fun()
def be_keep_fun(self):
self._dec.be_keep_fun()
if __name__ == '__main__':
bd = BeDeco()
bd.be_edit_fun()
bd.be_keep_fun()
dr = Decorator(BeDeco)
dr.be_edit_fun()
dr.be_keep_fun()
例：
decorator.py
def deco(a_class):
> def __init__(self,age,color):
self.wrapped = a_class(age)
self.color = color
def display(self):
print(self.color)
print(self.wrapped.age)
return NewClass
@deco
class Cat:
def __init__(self,age):
self.age = age
def display(self):
print(self.age)
if __name__ == '__main__':
c = Cat(12,'black')
c.display()
13、
通过组合来构建复杂的对象：
组合：
类似用各种零件组装机器（零件——基础类，机器——包含其它类的类）；
体现自下而上的面向对象编程方法；
雪人案例：
面向对象分析；
抽象出其类；
实现基类（shape不带角度参数的图形元素；shapeAngles需要角度参数的图形元素）；
实现子类（HatTop，HatBotton，Face，Sense，BodyOutline，Button）；
组装子类1（Hat，Head，Body，Shape）；
组装子类2（snow）；
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