图解python | 面向对象编程

作者：韩信子@ShowMeAI

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1.Python面向对象

面向对象编程，在英文中称之为Object Oriented Programming，简称OOP，是一种程序设计思想。OOP把对象作为程序的基本单元，一个对象包含了数据和操作数据的函数。

Python是一个纯天然面向对象的编程语言，在Python中，所有数据类型都可以视为对象。自定义的对象数据类型就是面向对象中的类（Class）的概念。

2.面向对象概念

• 类(Class)： 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
• 方法：类中定义的函数。
• 类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。
• 数据成员：类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
• 方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
• 局部变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。
• 实例变量：在类的声明中，属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，实例变量就是一个用 self 修饰的变量。
• 继承：即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟"是一个（is-a）"关系（例图，Dog是一个Animal）。
• 实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。
• 对象：通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

相比其它编程语言，Python的类机制非常简洁，Python中的类提供了面向对象编程的所有基本功能

• 类的继承机制允许多个基类
• 派生类可以覆盖基类中的任何方法
• 方法中可以调用基类中的同名方法

对象可以包含任意数量和类型的数据。

3.类定义

语法格式如下：

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性。

4.类对象

（1）属性引用和实例化

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。

属性引用使用和Python中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name。

类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

class NewClass:
    """一个简单的类实例"""
    num = 123456
    def f(self):
        return 'hello ShowMeAI'

# 实例化类
x = NewClass()

# 访问类的属性和方法
print("NewClass 类的属性 num 为：", x.num)
print("NewClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x，x 为空的对象。

执行以上程序输出结果为：

NewClass 类的属性 num 为： 123456
NewClass 类的方法 f 输出为： hello ShowMeAI

（2）构造函数

类有一个名为 __init__() 的特殊方法（构造方法/构造函数），该方法在类实例化时会自动调用，像下面这样：

def __init__(self):
    self.data = []

类定义了 __init__() 方法，类的实例化操作会自动调用 __init__() 方法。如下实例化类NewClass，对应的 __init__() 方法就会被调用:

x = NewClass()

当然， __init__() 方法可以有参数，参数通过 __init__() 传递到类的实例化操作上。例如（代码可以在在线python3环境中运行）:

class MyComplex:
    def __init__(self, real_part, imag_part):
        self.r = real_part
        self.i = imag_part
x = MyComplex(5.0, -3.4)
print(x.r, x.i)   # 输出结果：5.0 -3.4

（3）self代表类的实例，而非类

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别——它们必须有一个额外的第一个参数名称, 按照惯例它的名称是 self。

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)

t = Test()
t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100724179>
__main__.Test

通过执行结果，可以看出，self代表的是类的实例（包含当前对象的地址信息），而self.class则指向类。

注意这里的self并不是python关键字，把他换成其他名称，比如showmeai，也是可以正常执行的（代码可以在在线python3环境中运行）:

class Test:
    def prt(showmeai):
        print(showmeai)
        print(showmeai.__class__)

t = Test()
t.prt()

以上实例执行结果为：

<__main__.Test instance at 0x100724179>
__main__.Test

5.类的方法

在类的内部，我们可以使用 def 关键字来定义类方法，类方法必须包含参数self, 且其为第一个参数，self代表的是类的实例。例如（代码可以在在线python3环境中运行）

class Person:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def talk(self):
        print("%s的年龄是 %d 岁。" %(self.name,self.age))

# 实例化类
p = Person('ShowMeAI',30,30)
p.talk()

执行以上程序输出结果为：

ShowMeAI的年龄是 30 岁。

6.继承

Python 同样支持类的继承。派生类的定义如下所示:

class DerivedClass(BaseClass):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

子类（派生类/DerivedClass）会继承父类（基类/BaseClass）的属性和方法。

BaseClassName（实例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

#类定义
class person:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def talk(self):
        print("%s的年龄是 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(person):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def talk(self):
        print("%s的年龄是 %d 岁，目前在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))

s = student('小Show',12,60,5)
s.talk()

执行以上程序输出结果为：

小Show的年龄是 12 岁，目前在读 5 年级

7.多继承

Python同样支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python从左至右搜索 即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

#类定义
class person:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s的年龄是 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(person):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def talk(self):
        print("%s的年龄是 %d 岁，目前在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))

#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def talk(self):
        print("%s是一个演说家，今天ta演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))

#多重继承
class sample(speaker,student):
    a =''
    def __init__(self,n,a,w,g,t):
        student.__init__(self,n,a,w,g)
        speaker.__init__(self,n,t)

test = sample("ShowMeAI",25,80,4,"Python")
test.talk()   #方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法

执行以上程序输出结果为：

ShowMeAI是一个演说家，今天ta演讲的主题是 Python

8.方法重写

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：

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

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

c = Child()          # 子类实例
c.my_method()         # 子类调用重写方法
super(Child,c).my_method() #用子类对象调用父类已被覆盖的方法

super()函数是用于调用父类(超类)的一个方法。

执行以上程序输出结果为：

调用子类方法
调用父类方法

9.类属性与方法

（1）类的私有属性

__private_attrs：由两个下划线开头，声明为私有属性，不能在类的外部被使用或直接访问。在类内部的方法中可以使用，使用方法为 self.__private_attrs。

（2）类的方法

在类的内部定义的成员方法，必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。

self 的名字并不是规定死的，也可以使用 this，但建议还是按照约定使用 self。

（3）类的私有方法

__private_method：由两个下划线开头，声明为私有方法，只能在类的内部调用，使用方法为 self.__private_methods。

类的私有属性示例代码如下：

class NewCounter:
    __secret_count = 0  # 私有变量
    public_count = 0    # 公开变量

    def count(self):
        self.__secret_count += 1
        self.public_count += 1
        print (self.__secret_count)

counter = NewCounter()
counter.count()
counter.count()
print (counter.public_count)
print (counter.__secret_count)  # 报错，实例不能访问私有变量

执行以上程序输出结果为：

1
2
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 16, in <module>
    print (counter.__secret_count)  # 报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: 'NewCounter' object has no attribute '__secret_count'

类的私有方法实例如下：

class WebSite:
    def __init__(self, name, url):
        self.name = name       # public
        self.__url = url   # private

    def who(self):
        print('name  : ', self.name)
        print('url : ', self.__url)

    def __foo(self):          # 私有方法
        print('这是私有方法')

    def foo(self):            # 公共方法
        print('这是公共方法')
        self.__foo()

x = WebSite('ShowMeAI知识社区', 'www.showmeai.tech')
x.who()        # 正常输出
x.foo()        # 正常输出
x.__foo()      # 报错

（4）类的专有方法：

• __init__ ： 构造函数，在生成对象时调用
• __del__ ： 析构函数，释放对象时使用
• __repr__ ： 打印，转换
• __setitem__ ： 按照索引赋值
• __getitem__： 按照索引获取值
• __len__： 获得长度
• __cmp__： 比较运算
• __call__： 函数调用
• __add__： 加运算
• __sub__： 减运算
• __mul__： 乘运算
• __truediv__： 除运算
• __mod__： 求余运算
• __pow__： 乘方

（5）运算符重载

Python同样支持运算符重载，我们可以对类的专有方法进行重载，实例如下：

class MyVector:
   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 = MyVector(2,10)
v2 = MyVector(5,-2)
print(v1 + v2)

以上代码执行结果如下所示:

Vector(7,8)

10.视频教程

请点击到B站查看【双语字幕】版本

https://www.bilibili.com/video/BV1yg411c7Nw

资料与代码下载

本教程系列的代码可以在ShowMeAI对应的github中下载，可本地python环境运行，可以访问google的宝宝也可以直接借助google colab一键运行与交互操作学习哦！

本教程系列涉及的Python速查表可以在以下地址下载获取：

• Python速查表

拓展参考资料

• Python教程—Python3文档
• Python教程-廖雪峰的官方网站

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