Python 物件導向


Python從設計之初就已經是一門物件導向的語言，正因為如此，在Python中創建一個類別和物件是很容易的。本章節我們將詳細介紹Python的物件導向程式設計。

如果你以前沒有接觸過物件導向的程式語言，那你可能需要先了解一些物件導向語言的一些基本特徵，在腦中頭形成一個基本的物件導向的概念，這有助於你更容易的學習Python的物件導向程式設計。

接下來我們先來簡單的了解下面向物件的一些基本特徵。

物件導向技術簡介

  • 類別(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。物件是類別的實例。

  • 類別變數：類別變數在整個實例化的物件中是公用的。類別變數定義在類別中且在函數體之外。類別變數通常不作為實例變數使用。

  • 資料成員：類別變數或實例變數用於處理類別及其實例物件的相關的資料。

  • 方法重寫：如果從父類別繼承的方法不能滿足子類別的需求，可以對其進行改寫，這個過程叫做方法的覆寫（override ），也稱為方法的重寫。

  • 實例變數：定義在方法中的變量，只作用於目前實例的類別。

  • 繼承：即一個衍生類別（derived class）繼承基底類別（base class）的欄位和方法。繼承也允許把一個衍生類別的物件當作一個基底類別物件。例如，有這樣一個設計：一個Dog類型的物件派生自Animal類，這是模擬"是一個（is-a）"關係（例圖，Dog是一個Animal）。

  • 實例化：建立一個類別的實例，類別的具體物件。

  • 方法：類別中定義的函數。

  • 物件：透過類別定義的資料結構實例。物件包括兩個資料成員（類別變數和實例變數）和方法。

建立類別

使用class語句來建立一個新類，class之後為類別的名稱並以冒號結尾，如下實例:

class ClassName:
   '类的帮助信息'   #类文档字符串
   class_suite  #类体

類別的幫助資訊可以透過ClassName.__doc__查看。

class_suite 由類別成員，方法，資料屬性組成。

實例

以下是一個簡單的Python類別實例:

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

  • empCount變數是一個類別變量，它的值將在這個類別的所有實例之間共用。你可以在內部類別或外部類別使用Employee.empCount存取。

  • 第一種方法__init__()方法是一種特殊的方法，被稱為類別的建構子或初始化方法，當創建了這個類別的實例時就會調用這個方法

建立實例物件

要建立一個類別的實例，你可以使用類別的名稱，並透過__init__方法接受參數。 

"创建 Employee 类的第一个对象"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"创建 Employee 类的第二个对象"
emp2 = Employee("Manni", 5000)

存取屬性

您可以使用點(.)來存取物件的屬性。使用以下類別的名稱存取類別變數:

emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

完整實例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

"创建 Employee 类的第一个对象"
emp1 = Employee("Zara", 2000)
"创建 Employee 类的第二个对象"
emp2 = Employee("Manni", 5000)
emp1.displayEmployee()
emp2.displayEmployee()
print "Total Employee %d" % Employee.empCount

執行上述程式碼輸出結果如下：

Name :  Zara ,Salary:  2000
Name :  Manni ,Salary:  5000
Total Employee 2

你可以新增，刪除，修改類別的屬性，如下所示：

emp1.age = 7  # 添加一个 'age' 属性
emp1.age = 8  # 修改 'age' 属性
del emp1.age  # 删除 'age' 属性

你也可以使用以下函數的方式來存取屬性：

  • getattr(obj, name[, default]) : 存取物件的屬性。

  • hasattr(obj,name) : 檢查是否存在一個屬性。

  • setattr(obj,name,value) : 設定一個屬性。如果屬性不存在，會建立一個新屬性。

  • delattr(obj, name) : 刪除屬性。 

hasattr(emp1, 'age')    # 如果存在 'age' 属性返回 True。
getattr(emp1, 'age')    # 返回 'age' 属性的值
setattr(emp1, 'age', 8) # 添加属性 'age' 值为 8
delattr(empl, 'age')    # 删除属性 'age'

Python內建類別屬性

  • #__dict__ : 類別的屬性（包含一個字典，由類別的資料屬性組成）

  • __doc__ :類別的文件字串

  • __name__: 類別名稱

  • __module__:   類別定義所在的模組（類別的全名是'__main__.className'，如果類別位於一個導入模組mymod中，那麼className.__module__ 等於mymod）

  • __bases__ : 類別的所有父類構成元素（包含了以個由所有父類別組成的元組）

Python內建類別屬性呼叫實例如下：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Employee:
   '所有员工的基类'
   empCount = 0

   def __init__(self, name, salary):
      self.name = name
      self.salary = salary
      Employee.empCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Total Employee %d" % Employee.empCount

   def displayEmployee(self):
      print "Name : ", self.name,  ", Salary: ", self.salary

print "Employee.__doc__:", Employee.__doc__
print "Employee.__name__:", Employee.__name__
print "Employee.__module__:", Employee.__module__
print "Employee.__bases__:", Employee.__bases__
print "Employee.__dict__:", Employee.__dict__

執行上述程式碼輸出結果如下： 

Employee.__doc__: 所有员工的基类
Employee.__name__: Employee
Employee.__module__: __main__
Employee.__bases__: ()
Employee.__dict__: {'__module__': '__main__', 'displayCount': <function displayCount at 0x10a939c80>, 'empCount': 0, 'displayEmployee': <function displayEmployee at 0x10a93caa0>, '__doc__': '\xe6\x89\x80\xe6\x9c\x89\xe5\x91\x98\xe5\xb7\xa5\xe7\x9a\x84\xe5\x9f\xba\xe7\xb1\xbb', '__init__': <function __init__ at 0x10a939578>}

python物件銷毀(垃圾回收)

同Java語言一樣，Python使用了引用計數這一簡單技術來追蹤記憶體中的物件。

在Python內部記錄所有使用中的物件各有多少引用。


一個內部追蹤變量，稱為一個引用計數器。

當物件被建立時， 就建立了一個引用計數， 當這個物件不再需要時， 也就是說， 當這個物件的參考計數變成0 時， 它被垃圾回收。但是回收不是"立即"的， 由解釋器在適當的時機，將垃圾物件佔用的記憶體空間回收。 

a = 40      # 创建对象  <40>
b = a       # 增加引用， <40> 的计数
c = [b]     # 增加引用.  <40> 的计数

del a       # 减少引用 <40> 的计数
b = 100     # 减少引用 <40> 的计数
c[0] = -1   # 减少引用 <40> 的计数

垃圾回收機制不僅針對引用計數為0的對象，同樣也可以處理循環引用的情況。循環引用指的是，兩個物件相互引用，但是沒有其他變數引用他們。在這種情況下，僅使用引用計數是不夠的。 Python 的垃圾收集器實際上是一個引用計數器和一個循環垃圾收集器。作為引用計數的補充， 垃圾收集器也會留心被分配的總量很大（及未通過引用計數銷毀的那些）的對象。 在這種情況下， 解釋器會暫停下來， 試圖清理所有未引用的循環。

實例

析構函數__del__ ，__del__在物件銷毀的時候被調用，當物件不再被使用時，__del__方法運行：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Point:
   def __init__( self, x=0, y=0):
      self.x = x
      self.y = y
   def __del__(self):
      class_name = self.__class__.__name__
      print class_name, "销毁"

pt1 = Point()
pt2 = pt1
pt3 = pt1
print id(pt1), id(pt2), id(pt3) # 打印对象的id
del pt1
del pt2
del pt3

以上實例運行結果如下：

3083401324 3083401324 3083401324
Point 销毁

注意：通常你需要在單獨的文件中定義一個類，

類的繼承

#物件導向的程式設計帶來的主要好處之一是程式碼的重用，而實現這種重用的方法之一是透過繼承機制。繼承完全可以理解成類別之間的類型和子類型關係。

要注意的地方：繼承語法   class 衍生類別名稱（基底類別名稱）：//...   基底類別名稱寫作括號裡，基本類別是在類別定義的時候，在元組之中指明的。

在python中繼承中的一些特點：

  • 1：在繼承中基類的構造（__init__()方法）不會被自動調用，它需要在其派生類別的構造中親自專門呼叫。

  • 2：呼叫基底類別的方法時，需要加上基底類別的類別名稱前綴，且需要帶上self參數變數。區別於在類別中呼叫普通函數時並不需要帶上self參數

  • 3：Python總是先尋找對應類型的方法，如果它不能在衍生類別中找到對應的方法，它才開始到基類中逐一查找。 （先在本類別中找出呼叫的方法，找不到才去基底類別找）。

如果在繼承元組中列了一個以上的類，那麼它就被稱為"多重繼承" 。

語法：

衍生類別的聲明，與他們的父類別類似，繼承的基底類別列表跟在類別名稱之後，如下所示：

class SubClassName (ParentClass1[, ParentClass2, ...]):
   'Optional class documentation string'
   class_suite

實例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Parent:        # 定义父类
   parentAttr = 100
   def __init__(self):
      print "调用父类构造函数"

   def parentMethod(self):
      print '调用父类方法'

   def setAttr(self, attr):
      Parent.parentAttr = attr

   def getAttr(self):
      print "父类属性 :", Parent.parentAttr

class Child(Parent): # 定义子类
   def __init__(self):
      print "调用子类构造方法"

   def childMethod(self):
      print '调用子类方法 child method'

c = Child()          # 实例化子类
c.childMethod()      # 调用子类的方法
c.parentMethod()     # 调用父类方法
c.setAttr(200)       # 再次调用父类的方法
c.getAttr()          # 再次调用父类的方法

以上程式碼執行結果如下：

调用子类构造方法
调用子类方法 child method
调用父类方法
父类属性 : 200

你可以繼承多個類別

class A:        # 定义类 A
.....

class B:         # 定义类 B
.....

class C(A, B):   # 继承类 A 和 B
.....

你可以使用issubclass()或isinstance()方法來檢測。

  • issubclass() - 布林函數判斷一個類別是另一個類別的子類別或子孫類，語法：issubclass(sub,sup)

  • isinstance(obj, Class) 布林函數如果obj是Class類別的實例物件或是一個Class子類別的實例物件則傳回true。

方法重寫

如果你的父類別方法的功能不能滿足你的需求，你可以在子類別中重寫你父類別的方法：

實例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print '调用父类方法'

class Child(Parent): # 定义子类
   def myMethod(self):
      print '调用子类方法'

c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法

執行上述程式碼輸出結果如下：

调用子类方法

基礎重載方法

下表列出了一些通用的功能，你可以在自己的類別重寫：

123
序號方法, 描述& 簡單的呼叫




__init__ ( self [,args...] )

建構子簡單的呼叫方法: obj = className(args)
__del__( self )

析構方法, 刪除一個物件簡單的呼叫方法: dell obj
#__repr__( self )

轉換為供解釋器讀取的形式簡單的呼叫方法: repr(obj)
###4#########__str__( self )##### 用來將值轉換為適於人閱讀的形式###簡單的呼叫方法: ###str(obj)################5######### __cmp__ ( self, x )######物件比較###簡單的呼叫方法: ###cmp(obj, x)###############

運算子重載

Python同樣支援運算子重載，實例如下：

#!/usr/bin/python

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

以上程式碼執行結果如下所示:

Vector(7,8)

#類別屬性與方法

類別的私有屬性

__private_attrs：兩個底線開頭，宣告該屬性為私有，不能在類別地外部使用或直接存取。在類別內部的方法中使用時 self.__private_attrs。

類別的方法

在類別地內部，使用def關鍵字可以為類別定義一個方法，與一般函數定義不同，類別方法必須包含參數self,且為第一個參數

類別的私有方法

__private_method：兩個底線開頭，宣告該方法為私有方法，不能在類別地外部呼叫。在類別的內部呼叫self.__private_methods

實例

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

class JustCounter:
	__secretCount = 0  # 私有变量
	publicCount = 0    # 公开变量

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

counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print counter.publicCount
print counter.__secretCount  # 报错，实例不能访问私有变量

Python 透過改變名稱來包含類別名稱:

1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 17, in <module>
    print counter.__secretCount  # 报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: JustCounter instance has no attribute '__secretCount'

Python不允許實例化的類別存取私有數據，但你可以使用object._className__attrName 存取屬性，將如下程式碼替換以上程式碼的最後一行程式碼：

.........................
print counter._JustCounter__secretCount

執行以上程式碼，執行結果如下：

1
2
2
2