python面向对象高级编程

时间:2022-02-18 22:21:49

正常情况下,当我们定义了一个class,创建了一个class的实例后,我们可以给该实例绑定任何属性和方法,这就是动态语言的灵活性。先定义class:

>>> class Student(object):
... pass
...
>>>

然后尝试给它绑定一个属性:

>>> s = Student()
>>> s.name = 'BlaskManba'
>>> s.age = 20
>>> print s.name,s.age
BlaskManba 20
>>>

还可以尝试给实例绑定一个方法:

>>> def set_height(self,height):#定义一个是、函数作为实例方法
... self.height = height
...
>>> from types import MethodType
>>> s.set_height = MethodType(set_height,s,Student)#给实例绑定方法
>>> s.set_height(175)#调用测试结果
>>> s.height
175
>>>

但是,给一个实例绑定的方法,对另一个实例是不起作用的:

>>> ss = Student()#创建一个新实例
>>> ss.set_height(231)#尝试调用s的实例方法,但是肯定会报错
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'set_height'
>>>

为了给所有实例都绑定方法,可以给class绑定方法:

>>> def set_score(self,score):
... self.score = score
...
>>> Student.set_score = MethodType(set_score,None,Student)
>>> s.set_score(120)
>>> s.score
120
>>> ss.set_score(220)
>>> ss.score
220

通常情况下,上面的set_score方法可以直接定义在class中,但动态绑定允许我们在程序运行的过程中动态给class加上功能,这在静态语言中很难实现。

1. 合理的使用使用__slots__:

但是,如果我们想要限制class的属性怎么办?比如,只允许对Student实例添加nameage属性。

为了达到限制的目的,Python允许在定义class的时候,定义一个特殊的__slots__变量,来限制该class能添加的属性:

>>> class Student(object):
... __slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称
...

测试:

>>> s = Student() # 创建新的实例
>>> s.name = 'Michael' # 绑定属性'name'
>>> s.age = 25 # 绑定属性'age'
>>> s.score = 99 # 绑定属性'score'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

例子2:

>>> class Hello(object):
... __slots__=('name','age')
...
>>> h = Hello()
>>> h.name = 'hello'
>>> h.age = 23
>>> h.score = 100
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Hello' object has no attribute 'score'
>>>

由于'score'没有被放到__slots__中,所以不能绑定score属性,试图绑定score将得到AttributeError的错误。

使用__slots__要注意,__slots__定义的属性仅对当前类起作用,对继承的子类是不起作用的:

>>> class GraduateStudent(Student):
... pass
...
>>> g = GraduateStudent()
>>> g.score = 9999

除非在子类中也定义__slots__,这样,子类允许定义的属性就是自身的__slots__加上父类的__slots__

2. 使用@property:

在绑定属性时,如果我们直接把属性暴露出去,虽然写起来很简单,但是,没办法检查参数,导致可以把成绩随便改:

>>> class Student(object):
... pass
...
>>> s = Student()
>>> s.age = 100
>>> s.score = 100
>>> s.name = 'hello'
>>>
>>> s.name
'hello'
>>> s.age
100
>>> s.score
100
>>> s.score = 1000
>>> #这样的成绩是不是有点匪夷所思?
...
>>>

这显然不合逻辑。为了限制score的范围,可以通过一个set_score()方法来设置成绩,再通过一个get_score()来获取成绩,这样,在set_score()方法里,就可以检查参数:

>>> class Student(object):
... def get_score(self):
... return self._score
...
... def set_score(self,value):
... if not isinstance(value,int):
... raise ValueError('score must be a int value')#成绩为int 值
... if value < 0 or value > 100:
... raise ValueError('score must be between 0~100')
... self._score = value
...
>>>
>>> #现在对任意的Student()类进行操作验证
...
>>> s = Student()
>>> s.set_score(80) # must be ok
>>> s.get_score()
80
>>> s.set_score(1000)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 9, in set_score
ValueError: score must be between 0~100
>>> #确实报错了

但是,上面的调用方法又略显复杂,没有直接用属性这么直接简单。

有没有既能检查参数,又可以用类似属性这样简单的方式来访问类的变量呢?对于追求完美的Python程序员来说,这是必须要做到的!

还记得装饰器(decorator)可以给函数动态加上功能吗?对于类的方法,装饰器一样起作用。Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- class Student(object): @property
def score(self):
return self._score @score.setter
def score(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise ValueError('score must be an integer!')
if value < 0 or value > 100:
raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
self._score = value

@property的实现比较复杂,我们先考察如何使用。把一个getter方法变成属性,只需要加上@property就可以了,此时,@property本身又创建了另一个装饰器@score.setter,负责把一个setter方法变成属性赋值,于是,我们就拥有一个可控的属性操作:

>>> from test_python_slots import Student
>>> s = Student()
>>> s.score = 65
>>> s.score
65
>>> s.score = 8998
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "test_python_slots.py", line 16, in score
raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
ValueError: score must between 0 ~ 100!
>>>

注意到这个神奇的@property,我们在对实例属性操作的时候,就知道该属性很可能不是直接暴露的,而是通过getter和setter方法来实现的。

还可以定义只读属性,只定义getter方法,不定义setter方法就是一个只读属性:

class Student(object):

    @property
def birth(self):
return self._birth @birth.setter
def birth(self, value):
self._birth = value @property
def age(self):
return 2014 - self._birth

上面的birth是可读写属性,而age就是一个只读属性,因为age可以根据birth和当前时间计算出来。

3.多继承:

#对于一个人可以继承很多个类,这就是多继承:比如
#人总是要吃喝拉撒的晒:
#因此我们可以定义四个类:Eat,Drink,La ,Sa然后People类继承这四个类
#以下代码简单演示多继承的的概念
class Eat(object):
pass class Drink(object):
pass class La(object):
pass class Sa(object):
pass class Person(Eat,Drink,La,Sa):
pass

4. 定制类

看到类似__slots__这种形如__xxx__的变量或者函数名就要注意,这些在Python中是有特殊用途的。

__slots__我们已经知道怎么用了,__len__()方法我们也知道是为了能让class作用于len()函数。

除此之外,Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数,可以帮助我们定制类。

a,__str__

我们先定义一个Student类,打印一个实例:

>>> class Student(object):
... def __init__(self, name):
... self.name = name
...
>>> print Student('Michael')
<__main__.Student object at 0x109afb190>

打印出一堆<__main__.Student object at 0x109afb190>,不好看。

怎么才能打印得好看呢?只需要定义好__str__()方法,返回一个好看的字符串就可以了:

>>> class Student(object):
... def __init__(self, name):
... self.name = name
... def __str__(self):
... return 'Student object (name: %s)' % self.name
...
>>> print Student('Michael')
Student object (name: Michael)

这样打印出来的实例,不但好看,而且容易看出实例内部重要的数据。

但是细心的朋友会发现直接敲变量不用print,打印出来的实例还是不好看:

>>> s = Student('Michael')
>>> s
<__main__.Student object at 0x109afb310>

这是因为直接显示变量调用的不是__str__(),而是__repr__(),两者的区别是__str__()返回用户看到的字符串,而__repr__()返回程序开发者看到的字符串,也就是说,__repr__()是为调试服务的。

解决办法是再定义一个__repr__()。但是通常__str__()__repr__()代码都是一样的,所以,有个偷懒的写法:

class Student(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
def __str__(self):
return 'Student object (name=%s)' % self.name
__repr__ = __str__

b,__iter__

如果一个类想被用于for ... in循环,类似list或tuple那样,就必须实现一个__iter__()方法,该方法返回一个迭代对象,然后,Python的for循环就会不断调用该迭代对象的next()方法拿到循环的下一个值,直到遇到StopIteration错误时退出循环。

我们以斐波那契数列为例,写一个Fib类,可以作用于for循环:

class Fib(object):
def __init__(self):
self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a,b def __iter__(self):
return self # 实例本身就是迭代对象,故返回自己 def next(self):
self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
if self.a > 100000: # 退出循环的条件
raise StopIteration();
return self.a # 返回下一个值

现在,试试把Fib实例作用于for循环:

>>> for n in Fib():
... print n
...
1
1
2
3
5
...
46368
75025

c, __getitem__

Fib实例虽然能作用于for循环,看起来和list有点像,但是,把它当成list来使用还是不行,比如,取第5个元素:

>>> Fib()[5]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'Fib' object does not support indexing

要表现得像list那样按照下标取出元素,需要实现__getitem__()方法:

class Fib(object):
def __getitem__(self, n):
a, b = 1, 1
for x in range(n):
a, b = b, a + b
return a
现在,就可以按下标访问数列的任意一项了: >>> f = Fib()
>>> f[0]
1
>>> f[1]
1
>>> f[2]
2
>>> f[3]
3
>>> f[10]
89
>>> f[100]
573147844013817084101

但是list有个神奇的切片方法:

>>> range(1000)[100:110]
[100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109]
>>>

对于Fib却报错。原因是__getitem__()传入的参数可能是一个int,也可能是一个切片对象slice,所以要做判断:

class Fib(object):
def __getitem__(self, n):
if isinstance(n, int):
a, b = 1, 1
for x in range(n):
a, b = b, a + b
return a
if isinstance(n, slice):
start = n.start
stop = n.stop
a, b = 1, 1
L = []
for x in range(stop):
if x >= start:
L.append(a)
a, b = b, a + b
return L
#现在试试Fib的切片: >>> f = Fib()
>>> f[0:5]
[1, 1, 2, 3, 5]
>>> f[:10]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

但是没有对step参数作处理:

>>> f[:10:2]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]

也没有对负数作处理,所以,要正确实现一个__getitem__()还是有很多工作要做的。

此外,如果把对象看成dict__getitem__()的参数也可能是一个可以作key的object,例如str

与之对应的是__setitem__()方法,把对象视作list或dict来对集合赋值。最后,还有一个__delitem__()方法,用于删除某个元素。

总之,通过上面的方法,我们自己定义的类表现得和Python自带的list、tuple、dict没什么区别,这完全归功于动态语言的“鸭子类型”,不需要强制继承某个接口。

d,__getattr__

正常情况下,当我们调用类的方法或属性时,如果不存在,就会报错。比如定义Student

class Student(object):

    def __init__(self):
self.name = 'Michael'

调用name属性,没问题,但是,调用不存在的score属性,就有问题了:

>>> s = Student()
>>> print s.name
Michael
>>> print s.score
Traceback (most recent call last):
...
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

错误信息很清楚地告诉我们,没有找到score这个attribute。

要避免这个错误,除了可以加上一个score属性外,Python还有另一个机制,那就是写一个__getattr__()方法,动态返回一个属性。修改如下:

class Student(object):

    def __init__(self):
self.name = 'Michael' def __getattr__(self, attr):
if attr=='score':
return 99

当调用不存在的属性时,比如score,Python解释器会试图调用__getattr__(self, 'score')来尝试获得属性,这样,我们就有机会返回score的值:

>>> s = Student()
>>> s.name
'Michael'
>>> s.score
99

返回函数也是完全可以的

class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
if attr=='age':
return lambda: 25

#只是调用方式要变为:

>>> s.age()
25

注意,只有在没有找到属性的情况下,才调用__getattr__,已有的属性,比如name,不会在__getattr__中查找。

此外,注意到任意调用如s.abc都会返回None,这是因为我们定义的__getattr__默认返回就是None。要让class只响应特定的几个属性,我们就要按照约定,抛出AttributeError的错误

class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
if attr=='age':
return lambda: 25
raise AttributeError('\'Student\' object has no attribute \'%s\'' % attr)

这实际上可以把一个类的所有属性和方法调用全部动态化处理了,不需要任何特殊手段。

这种完全动态调用的特性有什么实际作用呢?作用就是,可以针对完全动态的情况作调用。

举个例子:

现在很多网站都搞REST API,比如新浪微博、豆瓣啥的,调用API的URL类似:

http://api.server/user/friends
http://api.server/user/timeline/list

如果要写SDK,给每个URL对应的API都写一个方法,那得累死,而且,API一旦改动,SDK也要改。

利用完全动态的__getattr__,我们可以写出一个链式调用:

class Chain(object):

    def __init__(self, path=''):
self._path = path def __getattr__(self, path):
return Chain('%s/%s' % (self._path, path)) def __str__(self):
return self._path

e. __call__:

一个对象实例可以有自己的属性和方法,当我们调用实例方法时,我们用instance.method()来调用。能不能直接在实例本身上调用呢?类似instance()?在Python中,答案是肯定的。

任何类,只需要定义一个__call__()方法,就可以直接对实例进行调用。请看示例:

class Student(object):
def __init__(self, name):
self.name = name def __call__(self):
print('My name is %s.' % self.name)
#调用方式如下: >>> s = Student('Michael')
>>> s()
My name is Michael.

__call__()还可以定义参数。对实例进行直接调用就好比对一个函数进行调用一样,所以你完全可以把对象看成函数,把函数看成对象,因为这两者之间本来就没啥根本的区别。

如果你把对象看成函数,那么函数本身其实也可以在运行期动态创建出来,因为类的实例都是运行期创建出来的,这么一来,我们就模糊了对象和函数的界限。

那么,怎么判断一个变量是对象还是函数呢?其实,更多的时候,我们需要判断一个对象是否能被调用,能被调用的对象就是一个Callable对象,比如函数和我们上面定义的带有__call()__的类实例:

>>> callable(Student())
True
>>> callable(max)
True
>>> callable([1, 2, 3])
False
>>> callable(None)
False
>>> callable('string')
False

通过callable()函数,我们就可以判断一个对象是否是“可调用”对象。