Python面向对象编程之类的进阶-猿码集

1. 简介

Python是一门面向对象的编程语言，面向对象编程（Object Oriented Programming，简称OOP）是Python编程中非常重要的一部分。在面向对象编程的过程中，我们将程序的各个部分组织成对象，这样的编程方法使得程序更加容易扩展、维护和重用。

1.1 什么是面向对象编程

面向对象编程是一种编程范式，它将程序看作是由一系列对象组成的。每个对象包括数据和行为，数据部分负责存储对象的状态，行为部分负责定义对象的操作。

1.2 为什么要学习面向对象编程

面向对象编程方法可以对程序进行模块化，使得程序具有更好的可维护性、可重用性和可扩展性。

2. 类的定义和实例化

2.1 类的定义

在Python中，我们使用关键字class定义一个新的类。类的定义包括类名、类属性和类方法。


class MyClass:
    """这是一个类的注释"""
    class_attribute = '类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def class_method(self):
        """类方法的注释"""
        return '类方法的返回值'

上述例子中，我们定义了一个名为MyClass的类。类的注释可以使用三个双引号进行定义，类属性class_attribute定义在类中，但是在方法之外。类的方法我们使用关键字def进行定义，方法中第一个参数通常是self，表示对象本身。构造方法在Python中使用__init__方法进行定义。

2.2 类的实例化

类实例化是指创建一个类的对象，我们使用关键字new、create或类名后面加上一对圆括号()来实现。一个类可以创建多个不同的对象。


class MyClass:
    """这是一个类的注释"""
    class_attribute = '类属性的值'
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def class_method(self):
        """类方法的注释"""
        return '类方法的返回值'
obj1 = MyClass('参数1', '参数2')
obj2 = MyClass('参数3', '参数4')

通过类定义实例化出来的对象，我们可以访问类属性和类方法。


class MyClass:
    """这是一个类的注释"""
    class_attribute = '类属性的值'
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def class_method(self):
        """类方法的注释"""
        return '类方法的返回值'
obj1 = MyClass('参数1', '参数2')
obj2 = MyClass('参数3', '参数4')
print(obj1.class_attribute)
print(obj2.class_method())

运行上述代码，会输出：

类属性的值类方法的返回值

3. 继承和多态

3.1 继承

在Python中，我们可以通过继承来扩展一个类。子类继承父类，子类可以使用父类的属性和方法，并可以拥有自己的属性和方法。


class ParentClass:
    """父类的注释"""
    parent_attribute = '父类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def parent_method(self):
        """父类方法的注释"""
        return '父类方法的返回值'
class ChildClass(ParentClass):
    """子类的注释"""
    child_attribute = '子类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2, arg3):
        ParentClass.__init__(self, arg1, arg2)
        self.arg3 = arg3
    
    def child_method(self):
        """子类方法的注释"""
        return '子类方法的返回值'

上述代码中，我们定义了一个名为ParentClass的父类和一个名为ChildClass的子类。

子类ChildClass继承了父类ParentClass，因此可以使用父类的属性和方法。子类中可以添加自己的属性和方法。

3.2 多态

多态是指同一方法或属性在不同对象上的行为是不同的。在Python中，我们可以通过继承来实现多态。子类可以重写父类的方法，从而实现不同对象上的行为不同。


class ParentClass:
    """父类的注释"""
    parent_attribute = '父类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def parent_method(self):
        """父类方法的注释"""
        return '父类方法的返回值'
class ChildClass(ParentClass):
    """子类的注释"""
    child_attribute = '子类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2, arg3):
        ParentClass.__init__(self, arg1, arg2)
        self.arg3 = arg3
    
    def parent_method(self):
        """重写父类的方法"""
        return '子类中重写父类方法的返回值'

上述代码中，子类ChildClass重写了父类ParentClass中的方法parent_method。在子类中，方法的行为与父类中的不同。

4. 封装和访问权限

4.1 封装

面向对象编程中，封装是指将对象的属性和方法隐藏起来，以保护对象的数据不被外界访问或篡改。在Python中，我们使用下划线_或双下划线__来表示属性或方法的访问权限。

下划线_表示该属性或方法是私有的，应该只能在类的内部访问；双下划线__表示该属性或方法是特殊的，Python会将其名称重命名以防止与子类中重写的同名属性或方法冲突。


class MyClass:
    """这是一个类的注释"""
    _private_attribute = '私有属性的值'
    __special_attribute = '特殊属性的值'
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def public_method(self):
        """公有方法的注释"""
        return '公有方法的返回值'
        
    def _private_method(self):
        """私有方法的注释"""
        return '私有方法的返回值'
    
    def __special_method(self):
        """特殊方法的注释"""
        return '特殊方法的返回值'

上述代码中，我们定义了类MyClass，包括公有属性、私有属性、特殊属性、公有方法、私有方法和特殊方法。

4.2 属性和方法的访问权限

属性和方法的访问权限取决于下划线和双下划线的使用。如果属性或方法的名称以双下划线__开头，Python会将其名称重命名以防止与子类中重写的同名属性或方法冲突。如果属性或方法的名称以一个下划线_开头，Python会认为这是一个私有属性或私有方法，应只能在类的内部使用。但是，Python并没有真正限制访问，仍然可以通过对象名或类名来访问私有属性或私有方法。


class MyClass:
    """这是一个类的注释"""
    _private_attribute = '私有属性的值'
    __special_attribute = '特殊属性的值'
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def public_method(self):
        """公有方法的注释"""
        return '公有方法的返回值'
        
    def _private_method(self):
        """私有方法的注释"""
        return '私有方法的返回值'
    
    def __special_method(self):
        """特殊方法的注释"""
        return '特殊方法的返回值'
mc = MyClass('参数1', '参数2')
print(mc.arg1)
print(mc._private_attribute)
print(mc._MyClass__special_attribute)
print(mc._private_method())
print(mc._MyClass__special_method())

运行上述代码，会输出：

参数1 私有属性的值特殊属性的值私有方法的返回值特殊方法的返回值

我们可以看到，通过下划线的使用，属性和方法的访问权限得到了限制，但并不是完全无法访问。

5. 多重继承

多重继承是指一个类可以继承多个父类，从而获得多个父类的属性和方法。


class ParentClass1:
    """父类1的注释"""
    parent_attribute1 = '父类1属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2):
        self.arg1 = arg1
        self.arg2 = arg2
    
    def parent_method1(self):
        """父类1方法的注释"""
        return '父类1方法的返回值'
class ParentClass2:
    """父类2的注释"""
    parent_attribute2 = '父类2属性的值'
    
    def parent_method2(self):
        """父类2方法的注释"""
        return '父类2方法的返回值'
class ChildClass(ParentClass1, ParentClass2):
    """子类的注释"""
    child_attribute = '子类属性的值'
    
    def __init__(self, arg1, arg2, arg3):
        ParentClass1.__init__(self, arg1, arg2)
        self.arg3 = arg3
    
    def child_method(self):
        """子类方法的注释"""
        return '子类方法的返回值'

上述代码中，我们定义了一个名为ChildClass的子类，它继承自父类ParentClass1和父类ParentClass2。

在多重继承中，如果两个或更多的父类包含同名属性或方法，在子类中就会出现冲突。为此，Python提供了super()函数，用于解决多重继承中的命名冲突。

6. 魔术方法

在Python中，魔术方法是指以__开头和以__结尾的特殊方法。它们用于调用对象内部的某些特定方法或处理特定事件。比如，__init__方法是一个构造函数，用于创建对象。

以下是一些常用的魔术方法：

__init__: 构造函数，在创建对象时调用

__call__: 对象被调用时调用

__str__: 将对象转换为字符串时调用

__add__: 加法操作，使用"+"运算符时调用

__sub__: 减法操作，使用"-"运算符时调用

__mul__: 乘法操作，使用"*"运算符时调用

__div__: 除法操作，使用"/"运算符时调用

7. 总结

本文介绍了Python面向对象编程的一些基本概念，包括类的定义和实例化、继承和多态、封装和访问权限、多重继承和魔术方法。学习这些概念可以帮助我们更好地理解Python编程中的面向对象思想和方法，从而使我们的编程更加高效、可维护和可扩展。

Python面向对象编程之类的进阶