一、面向对象编程
1.1 面向过程与面向对象
在理解面向对象编程(OOP)之前,我们先要了解 面向过程(POP) 和 面向对象(OOP) 的区别。
1.1.1 面向过程(POP)
-面向过程的编程思想将一个功能分解为一个一个小的步骤, 我们通过完成一个一个的小的步骤来完成一个程序
- 这种编程方式,符合我们人类的思维,编写起来相对比较简单
- 但是这种方式编写代码的往往只适用于一个功能, 如果要在实现别的功能,即使功能相差极小,也往往要重新编写代码, 所以它可复用性比较低,并且难于维护
优点:简单直观、性能高效、代码简洁。
缺点:不易维护、不易扩展、代码重用性低。
例如:
# 面向过程编程示例
def add(a, b):
return a + b
def subtract(a, b):
return a - b
result = add(5, 3)
print(result)
1.1.2 面向对象(OOP)
- 面向对象的编程思想,将所有的功能统一保存到对应的对象中 比如,妈妈功能保存到妈妈的对象中,孩子的功能保存到孩子对象中 。要使用某个功能,直接找到对应的对象即可
- 这种方式编写的代码,比较容易阅读,并且比较易于维护,容易复用。
- 但是这种方式编写,不太符合常规的思维,编写起来稍微麻烦一点
优点:模块化、安全性高、代码重用性高。
缺点:学习难度大、性能开销大、调试困难。
例如:
# 面向对象编程示例
class Calculator:
def add(self, a, b):
return a + b
def subtract(self, a, b):
return a - b
calc = Calculator()
print(calc.add(5, 3))
1.2 类和对象
目前我们所学的python中的内置类型都是对象——内置对象,内置对象有时候不能满足我们的需求,需要自定义一些对象。
10, 20, 30, -40, a=10, b=20等等等,都是整数,对其进行抽象——int类。
python 中一切都是对象。
类也是一个对象。
1.2.1 类的定义与实例化对象
在面向对象编程中,类是对象的蓝图,它定义了对象的属性和方法。通过类创建对象(即实例化类),每个对象都有自己的属性和方法。
class Dog:
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
def bark(self):
print(f"{self.name} says woof!")
# 实例化对象
dog = Dog("Buddy", 3)
dog.bark() # 输出: Buddy says woof!
1.2.2 访问属性/方法
使用符号 . 进行访问
# 访问属性
对象名.属性
# 访问方法
对象名.方法名()
1.2.3 对象与类的关系【1】
- 对象拥有类的所有属性和方法
- 对象的属性和方法可以单独添加、删除、修改
- 对象与对象之间的属性和方法不可共享
- 对象不能独自创建,必须依托于类,类可以实例化N个对象
类是对象的模板。对象是类的实例化,每个对象都有自己独立的属性,但方法是共享的。
# 类与对象的关系
class Car:
def __init__(self, make, model):
self.make = make
self.model = model
car1 = Car("Toyota", "Corolla")
car2 = Car("Honda", "Civic")
1.2.3 对象与类的关系【2】
类定义了对象的结构和行为,而对象是类的具体实例。类中定义的变量叫做实例变量,每个对象拥有独立的实例变量,而类变量是所有对象共享的。
class Animal:
species = "Unknown" # 类变量
def __init__(self, name):
self.name = name # 实例变量
cat = Animal("Whiskers")
print(cat.species) # 输出: Unknown
还可以使用以下函数的方式来访问属性:
- getattr(obj, name[, default]) : 访问对象的属性。
- hasattr(obj,name) : 检查是否存在一个属性。
- setattr(obj,name,value) : 设置一个属性。如果属性不存在,会创建一个新属性。
- delattr(obj, name) : 删除属性。
1.2.5 魔方方法——构造函数与析构函数
- 构造函数(
__init__
):在创建对象时自动调用,用来初始化对象。 - 析构函数(
__del__
):当对象销毁时自动调用,用于清理资源。 - __str__ 打印方法:输出执行信息,自动执行。
class Car:
def __init__(self, make, model):
self.make = make
self.model = model
print(f"{self.make} {self.model} created.")
def __del__(self):
print(f"{self.make} {self.model} destroyed.")
car = Car("Toyota", "Corolla")
del car
1.2.6 类属性/方法 与 实例对象属性/方法 与 静态方法
class MyClass:
class_variable = 10
#实例方法中能调用类属性、实例属性
def instance_method(self):
print(f"Instance method: {self.class_variable}")
#类方法中只能调用类属性和类方法
@classmethod
def class_method(cls):
print(f"Class method: {cls.class_variable}")
#静态方法
@staticmethod
def static_method(x):
print(f"{x}Static method: This doesn't access instance or class.")
obj = MyClass()
#调用实例方法
obj.instance_method()
MyClass.instance_method(obj)
#调用类方法
obj.class_method()
MyClass.instance_method()
# 调用静态方法
MyClass.instance_method(x)
obj.static_method(x)
1.2.7 Python的内置类属性
Python 中的类有一些内置的属性,比如 :
- __dict__ : 类的属性(包含一个字典,由类的数据属性组成)
- __doc__ :类的文档字符串
- __name__: 类名
- __module__: 类定义所在的模块(类的全名是'__main__.className',如果类位于一个导入模块mymod中,那么className.__module__ 等于 mymod)
- __bases__ : 类的所有父类构成元素(包含了一个由所有父类组成的元组)
print(MyClass.__name__) # 输出: MyClass
print(MyClass.__dict__) # 输出类的属性和方法字典
1.3 类的封装【私有属性与方法】
封装是类的三大特性之一。
封装指的是隐藏对象中一些不希望让外部所访问的属性或方法。
python中封装其实是通过设置访问权限来体现的,私有属性和私有方法是控制访问权限的组成部分。
1.3.1 私有属性
私有属性以双下划线开头,表示该属性不可从类外直接访问。
class MyClass:
def __init__(self):
self.__private = "I am private"
def __private_method(self):
print("Private method")
obj = MyClass()
# print(obj.__private) # 会抛出 AttributeError
1.3.2 私有方法
私有方法也以双下划线开头,只能在类的内部调用。
class MyClass:
def __private_method(self):
print("This is a private method.")
def call_private(self):
self.__private_method()
obj = MyClass()
obj.call_private() # 允许调用类内私有方法
1.3.3 属性装饰器
属性装饰器是实现把方法转为属性的装饰器。
作用:
- 把方法转为属性,便于操作属性
- 实现对属性的更改(验证)、查看、删除
@property
用于将实例方法转换为属性访问。
语法格式:
class 类名(object):
def __init__(self):
self.__名字 = xxx
@property
def 函数名(self):
return self.__名字
@函数名.setter
def 函数名(self, m):
self.__名字 += m
class Circle:
def __init__(self, radius):
self._radius = radius
@property
def radius(self):
return self._radius
@radius.setter
def radius(self, value):
if value > 0:
self._radius = value
else:
raise ValueError("Radius must be positive.")
1.4 类的继承
面向对象的编程带来的主要好处之一就是代码的重用,实现这种重用的方法之一就是通过继承机制。
通过继承创建的新类称之为【子类】或者【派生类】,被继承的类称之为【父类】、【基类】、【超类】。
1.4.1 继承语法格式
子类通过继承父类来扩展或修改父类的功能。
class Animal:
def speak(self):
print("Animal speaks")
class Dog(Animal):
def speak(self):
print("Dog barks")
1.4.2 多继承语法【明白即可,不建议乱用】
Python 支持多继承,即一个子类可以继承多个父类。
class A:
def method_a(self):
print("Method A")
class B:
def method_b(self):
print("Method B")
class C(A, B):
def method_c(self):
print("Method C")
1.4.3 继承重写父类方法
子类可以重写父类的方法,以实现不同的行为。
class Animal:
def sound(self):
print("Animal makes sound")
class Dog(Animal):
def sound(self):
print("Dog barks")
这里列出了一些通用的功能,可以在自己的类重写:
- __init__ ( self [,args...] ) 构造函数 简单的调用方法: obj = className(args)
- __del__( self ) 析构方法, 删除一个对象 简单的调用方法 : del obj
- __repr__( self ) 转化为供解释器读取的形式 简单的调用方法 : repr(obj)
- __str__( self ) 用于将值转化为适于人阅读的形式 简单的调用方法 : str(obj)
- __cmp__ ( self, x ) 对象比较 简单的调用方法 : cmp(obj, x)
1.4.4 Python继承特点
- 在子类中如果需要父类的构造方法,需要显式调用父类的构造方法,或者不重写父类的构造方法。__init__()
- 在子类中调用父类的方法,需要显式调用,且第一个参数self不能省略。
class Parent(object):
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def method(self):
print(f"{self}的方法")
class Child(Parent):
def fun1(self):
print(self.x , self.y)
# 不重写父类构造方法
c = Child(1, 2)
c.fun1()
class Parent(object):
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def method(self):
print(f"{self}的方法")
class Child(Parent):
def __init__(self, x, y, z):
Parent.__init__(self, x, y)
self.z = z
def fun1(self):
print(self.x , self.y, self.z)
# 重写父类构造方法、里面显式调用父类构造方法
c = Child(1, 2, 33)
c.fun1()
1.4.5 运算符重载
在Python中,并没有像其他语言(如C++)中那样的内置机制来重载运算符。但是,你可以通过定义特定的方法来模拟运算符重载的行为。
以下是一些常见运算符以及它们对应的特殊方法:
加法:+ 对应 __add__
减法:- 对应 __sub__
乘法:* 对应 __mul__
除法:/ 对应 __truediv__
取模:% 对应 __mod__
幂运算:** 对应 __pow__
位运算:<< 对于__lshift__
位运算:>> 对应 __rshift__
位运算:& 对应 __and__
位运算:| 对应 __or__
位运算:^ 对应 __xor__
class Point:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def __add__(self, other):
return Point(self.x + other.x, self.y + other.y)
1.5 类的多态
多态允许不同类的对象通过相同的接口调用不同的实现,通常通过继承和方法重写来实现。
class Animal(object):
name = '动物'
age = 0
def speak(self):
print("动物的声音")
class Dog(Animal):
def speak(self):
print("汪汪汪")
class Cat(Animal):
def speak(self):
print("喵喵喵")
a = Animal()
d = Dog()
c = Cat()
a.speak()
d.speak()
c.speak()
1.6 关于下划线说明
- __foo__: 以双下划线开头双下划线结尾,定义的是特殊方法,一般是系统定义名字 ,类似 __init__() 之类的,自动。
- _foo: 以单下划线开头的表示的是 protected 类型的变量,即保护类型只能允许其本身与子类进行访问,不能用于 from module import ···
- __foo: 双下划线的表示的是私有类型(private)的变量, 只能是允许这个类本身进行访问了。