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面向对象三大特征介绍

刘春龙原创...大约 9 分钟Python教程文档

Python 是面向对象的语言，支持面向对象编程的三大特性：继承、封装（隐藏）、多态。

封装（隐藏）

隐藏对象的属性和实现细节，只对外提供必要的方法。相当于将“细节封装起来”，只对外暴露“相关调用方法”。

通过前面学习的“私有属性、私有方法”的方式，实现“封装”。Python 追求简洁的语法，没有严格的语法级别的“访问控制符”，更多的是依靠程序员自觉实现。

继承

继承可以让子类具有父类的特性，提高了代码的重用性。

从设计上是一种增量进化，原有父类设计不变的情况下，可以增加新的功能，或者改进已有的算法。

多态

多态是指同一个方法调用由于对象不同会产生不同的行为。生活中这样的例子比比皆是：同样是休息方法，人不同休息方法不同。张三休息是睡觉，李四休息是玩游戏，程序员休息是“敲几行代码”。

继承

继承是面向对象编程的三大特征之一。继承让我们更加容易实现类的扩展。实现代码的重用，不用再重新发明轮子。

如果一个新类继承自一个设计好的类，就直接具备了已有类的特征，就大大降低了工作难度。已有的类，我们称为“父类或者基类”，新的类，我们称为“子类或者派生类”。

语法格式

Python 支持多重继承，一个子类可以继承多个父类。继承的语法格式如下：

class 子类类名(父类1[，父类2，...])：
    类体

提示

如果在类定义中没有指定父类，则默认父类是object类。也就是说，object是所有类的父类，里面定义了一些所有类共有的默认实现，比如：__new__()

关于构造函数：

  1. 子类不重写 __init__，实例化子类时，会自动调用父类定义的 __init__。
  2. 子类重写了__init__ 时，实例化子类，就不会调用父类已经定义的 __init__
  3. 如果重写了__init__ 时，要使用父类的构造方法，可以使用 super 关键字，也可以使用如下格式调用：父类名.__init__(self, 参数列表)
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        print("Person的构造方法")
        self.name = name
        self.age = age

    def say_age(self):
        print(f"{self.name} 的年龄是：{self.age}")

class Student(Person):  # 继承了Person
    def __init__(self, name, age, score):
        super(Student, self).__init__(name, age) # 继承父类的属性
        print("Student的构造方法")
        self.score = score

    def say(self):
        print(self.name, self.age, self.score)

s1 = Student("小妮", 10, 90)
s1.say()  # 小妮 10 90

类成员的继承和重写

  1. 成员继承：子类继承了父类除构造方法之外的所有成员。 ⚠️(私有属性、私有方法也被继承)

  2. 方法重写：子类可以重新定义父类中的方法，这样就会覆盖父类的方法，也称为“重写”

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

    def say_age(self):
        print(f"{self.name}的年龄是：{self.age}")

    def say_name(self):
        print(f"我是{self.name}")


class Student(Person):

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

    def say_score(self):
        print(f"{self.name}的分数是：{self.score}")

    def say_name(self):  # 重写父类的方法
        print(f"报告老师，我是{self.name}")


s1 = Student("张三", 15, 85)
s1.say_score()  # 子类新扩展方法
s1.say_age()  # 子类继承自父类的方法
s1.say_name()  # 子类重写父类的方法

查看类的继承层次结构

通过类的方法mro()或者类的属性__mro__可以输出这个类的继承层次结构。

class A:
	pass
class B(A):
	pass
class C(B):
	pass
print(C.mro())

执行结果：

[<class 'main.C'>, <class 'main.B'>, <class 'main.A'>, <class 'object'>]

object 根类

object类是所有类的父类，因此所有的类都有object类的属性和方法。我们显然有必要深入研究一下object类的结构。对于我们继续深入学习 Python 很有好处。

dir()查看对象属性

为了深入学习对象，先学习内置函数dir()，他可以让我们方便的看到指定对象所有的属性

class Person:
  def __init__(self,name,age):
    self.name = name
    self.age = age
  def say_age(self):
    print(self.name,"的年龄是：",self.age)
obj = object()
print(dir(obj))
s2 = Person("高淇",18)
print(dir(s2))

运行结果：

['class', 'delattr', 'dir', 'doc', 'eq', 'format', 'ge', 'getattribute', 'gt', 'hash', 'init', 'init_subclass', 'le', 'lt', 'ne', 'new', 'reduce', 'reduce_ex', 'repr', 'setattr', 'sizeof', 'str', 'subclasshook']

['class', 'delattr', 'dict', 'dir', 'doc', 'eq', 'format', 'ge', 'getattribute', 'gt', 'hash', 'init', 'init_subclass', 'le', 'lt', 'module', 'ne', 'new', 'reduce', 'reduce_ex', 'repr', 'setattr', 'sizeof', 'str', 'subclasshook', 'weakref', 'age', 'name', 'say_age']

从上面我们可以发现这样几个要点：

  1. Person对象增加了六个属性：

    __dict__ __module__ __weakref__ age name say_age

  2. object的所有属性，Person类作为object的子类，显然包含了所有的属性

  3. 我们打印age、name、say_age，发现say_age虽然是方法，实际上也是属性。只不过，这个属性的类型是method而已。

重写__str__()方法

  1. object有一个__str__()方法，用于返回一个对于“对象的描述”。内置函数str(对象),调用的就是__str__()
  2. __str__()经常用于print()方法，帮助我们查看对象的信息。__str__()可以重写
class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.__age = age

    def __str__(self):
        '''将对象转化成一个字符串，一般用于print方法'''
        print("重写__str__方法")
        return "名字是：{0},年龄是{1}".format(self.name, self.__age)


p = Person("小米", 18)
print(p)
s = str(p)

多重继承

Python 支持多重继承，一个子类可以有多个“直接父类”。这样，就具备了“多个父类”的特点。但是由于，这样会被“类的整体层次”搞的异常复杂，尽量避免使用。

class A:
    def aa(self):
        print("aa")

class B:
    def bb(self):
        print("bb")

class C(B, A):
    def cc(self):
        print("cc")

c = C()
c.cc()
c.bb()
c.aa()

MRO 方法解析顺序

如果父类中有相同名字的方法，在子类没有指定父类名时，解释器将“从左向右”按顺序搜索。

MRO（Method Resolution Order）：方法解析顺序。 我们可以通过mro()方法获得“类的层次结构”，方法解析顺序也是按照这个“类的层次结构”寻找的。

class A:
    def say(self):
        print("say AAA!")

class B:
    def say(self):
        print("say BBB!")

class C(A, B):
    def cc(self):
        print("cc")

c = C()
print(C.mro())  # 打印类的层次结构
c.say()  # 解释器寻找方法是“从左到右”的方式寻找，此时会执行A类中的say()

执行结果

  • [<class 'main.C'>, <class 'main.A'>, <class 'main.B'>, <class 'object'>]
  • say AAA!

super()获得父类定义

在子类中，如果想要获得父类的方法时，我们可以通过super()来做。

super()代表父类的定义，不是父类对象。

class A:
    def __init__(self):
        print("A的构造方法")

    def say(self):
        print("say AAA")

class B(A):
    def __init__(self):
        super(B, self).__init__()  # 调用父类的构造方法
        print("B的构造方法")

    def say(self):
        # A.say(self)   调用父类的say方法
        super().say()  # 通过super()调用父类的方法
        print("say BBB")

b = B()
b.say()

多态

多态（polymorphism）是指同一个方法调用由于对象不同可能会产生不同的行为，比如：现实生活中，同一个方法，具体实现会完全不同。 比如：同样是调用人“吃饭”的方法，中国人用筷子吃饭，英国人用刀叉吃饭，印度人用手吃饭。

关于多态要注意以下 2 点：

  1. 多态是方法的多态，属性没有多态。

  2. 多态的存在有 2 个必要条件：继承、方法重写

class Animal:
    def shout(self):
        print("动物叫了一声")

class Dog(Animal):
    def shout(self):
        print("小狗，汪汪汪")

class Cat(Animal):
    def shout(self):
        print("小猫，喵喵喵")

def animalShout(a):
    a.shout()

animalShout(Dog())
animalShout(Cat())
dog = Dog()
cat = Cat()
animalShout(dog)
animalShout(cat)

在上边的例子中，我们定义了一个 Animal 类，实现了一个叫的方法，之后我们又定义了一个 Dog 和 Cat 的类并分别继承了 Animal 类，这样 Dog 和 Cat 都有了叫的方法，但是猫的叫法和狗的叫法是不同的，所以在 Dog 和 Cat 类中又分别重写了叫的方法。最终实现了多态，这也满足了多态的两个必要条件。

对象的浅拷贝和深拷贝

浅拷贝

Python 拷贝一般都是浅拷贝。

浅拷贝：拷贝时，拷贝源对象，但对象包含的子对象内容不拷贝。

深拷贝

使用copy模块的deepcopy函数，递归拷贝对象中包含的子对象。

深拷贝：拷贝时，拷贝源对象，也递归拷贝对象中包含的子对象

import copy

class MobilePhone:
    def __init__(self, cpu):
        self.cpu = cpu

class CPU:
    pass

c = CPU()
m = MobilePhone(c)
print("----浅拷贝-------")
m2 = copy.copy(m)  # m2是新拷贝的另一个手机对象
print("m：", id(m))
print("m2：", id(m2))
print("m的cpu：", id(m.cpu))
print("m2的cpu：", id(m2.cpu))  # m2和m拥有了一样的cpu对象
print("----深拷贝--------")
m3 = copy.deepcopy(m)
print("m：", id(m))
print("m3：", id(m3))
print("m的cpu：", id(m.cpu))
print("m3的cpu：", id(m3.cpu))  # m3和m拥有不一样的cpu对象

组合

结婚就是组合。两人组合后，可以复用对方的属性和方法！

除了继承，“组合”也能实现代码的复用！“组合”核心是“将父类对象作为子类的属性”。

相关信息

  1. is-a关系，我们可以使用“继承”。从而实现子类拥有的父类的方法和属性。is-a关系指的是类似这样的关系：狗是动物，dog is animal。狗类就应该继承动物类。

  2. has-a关系，我们可以使用“组合”，也能实现一个类拥有另一个类的方法和属性。has-a关系指的是这样的关系：手机拥有 CPU。 MobilePhone has a CPU

class MobilePhone:
    def __init__(self, cpu, screen):
        self.cpu = cpu
        self.screen = screen


class CPU:
    def calculate(self):
        print("计算，算个12345")


class Screen:
    def show(self):
        print("显示一个好看的画面，亮瞎你的钛合金大眼")


c = CPU()
s = Screen()
m = MobilePhone(c, s)
m.cpu.calculate()  # 通过组合，我们也能调用cpu对象的方法。相当于手机对象间接拥有了“cpu的方法”
m.screen.show()

运算结果：

  • 计算，算个 12345
  • 显示一个好看的画面，亮瞎你的钛合金大眼
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贡献者: 刘春龙
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