Python基础—面向对象（进阶篇）

时间：2021-10-29 18:06:44

通过上一篇博客我们已经对面向对象有所了解，下面我们先回顾一下上篇文章介绍的内容：

上篇博客地址：http://www.cnblogs.com/phennry/p/5606718.html

  • 面向对象是一种编程方式，此编程方式的实现是基于对类和对象的使用；

  • 类是一个模版，模板中包装了多个方法供使用（这里方法就是函数）；

  • 对象，根据模板创建的实例，实例用于调用被包装在类中的函数；

  • 面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

今天博客的内容主要介绍：Python类的成员、成员修饰符、类的特殊成员、异常处理和单例模式。下面开始今天的内容：

一、类的成员

类的成员可以分为三大类：字段、方法和属性。

Python基础—面向对象（进阶篇）

 注：所有的成员中，只有普通字段的内容保存对象中，即：根据此类创建了多少对象，在内存中就有多少个普通字段；

       其他成员，则都是保存在类中，即：无论对象的多少，在内存中只创建一份。

下面开始介绍类的成员：

（一）、字段

字段包括：普通字段和静态字段，他们定义和使用中有所区别，而最本质的区别是内存中保存的位置不同。

  • 普通字段属于 对象

  • 静态字段属于 类

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class Func():
    country = "中国"              #静态字段，保存在类里面
    def  __init__(self,name):
        self.name = name         #普通字段，保存在对象里
#普通字段访问方法
hn = Func('河南')
print(hn.name)
#静态字段访问方法
print(Func.country)

由上述代码可以看出【普通字段需要通过对象来访问】【静态字段通过类访问】，在使用上可以看出普通字段的归属是不同的。其内部的存储方式类似下图：

Python基础—面向对象（进阶篇）

在Python中，可以通过类对象指针，找到类的静态字段。

字段的定义规则：

  • 普通字段只能用对象访问；

  • 静态字段用类访问(万不得已的时候可以使用对象访问)，静态字段在代码加载时候，就已经创建。

（二）、方法

方法包括：普通方法、静态方法、类方法三种，三种方法在内存中都归属于类，区别在于调用方式不同。

  • 普通方法：有对象调用；至少一个self参数；执行普通方法时，自动将调用该方法的对象赋值给self;

  • 静态方法：有类调用；无默认参数；

  • 类方法：有类调用；至少一个cls参数；执行类方法时，自动将该方法的类复制给self，即：cls为类名。

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class Func():
    country = "中国"
    def  __init__(self,name):
        self.name = name
        #self.name
       
      def show(self):           # 普通方法：由对象去调用执行(方法属于类),至少一个self
          print(self.name)
                                # 静态方法：不依赖任何对象，由类调用执行,任意参数
      @staticmethod             #创建静态方法的时候要把self去掉，再方法的上面加上@staticmethod
      def f1(arg1,arg2):
          print(arg1,arg2)
     
      @classmethod             #创建类方法，至少一个cls,cls是python自动传入的，
      def  f2(cls):            #cls为类名，是一个类，不是一个字符串
          print(cls)
#调用普通方法：
obj = Func()
obj.show()
#调用静态方法：
Func.f1()
#调用类方法：
Func.f2()

Python基础—面向对象（进阶篇）

 相同点：对于所有的方法而言，均属于类(非对象)中，所以在内存中只保存一份；

 不同点：方法调用者不同、调用方法时自动传入的参数不同。

（三）、属性

python中属性其实就是普通方法的变种，这里我们介绍三个知识点：属性的基本使用，属性的两种定义方式。

1、属性的基本使用

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class Foo:
    def func(self):
        pass
  
    @property           #定义属性
    def prop(self):
        pass
  
foo_obj = Foo()         #创建对象
  
foo_obj.func()    
foo_obj.prop             #调用属性

定义方法：

  • 定义时，在普通方法的基础上添加@property装饰器；

  • 定义时，属性仅有一个self参数；

  • 调用时，无需括号，方法调用时为foo_obj.func() ，调用属性时为foo_obj.prop

注意：属性存在意义是：访问属性可以制造出字段完全相同的假象，属性有方法变种而来，如果python中没有属性，方法完全可以代替其功能。

下面举个例子：

对于主机列表页面，每次请求不可能把数据库中的所有内容都显示到页面上，而是通过分页的功能局部显示，所以在向数据库数据时就要显示指定获取从第m到第n条的所有数据（即：limit m,n）这个分页的功能包括：

  • 根据用户请求的当前页面和总数据条数计算出m和n;

  • 根据m和n去数据库中请求数据。

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class Pager:
    
    def __init__(self,current_page):
        self.current_page     #用户当前请求的页码(第一页、第二页...)
        self.per_items = 10   #每页默认显示10条数据
    @property
    def start(self):
        val = (self.current_page -1) * self.per_items
        return val
    @property
    def end(self):
        val = self.current_page * self.per_items
p = Pager(1)
p.start   #起始值m
p.end     #结束值n

从上述可见，Python的属性的功能是：属性内部进行一系列的逻辑计算，最终将计算结果放回。

2、属性的两种定义方式

属性定义有两种方式：

  • 装饰器：在方法上方应用装饰器；

  • 静态字段：在类中定义值为property对象的静态字段。

装饰器的方式：

我们知道python2.*中的类有经典类和新式类，在python3.*中只有新式类，因为现在python3.*在企业中还没有广泛应用，这里先安装python2.*介绍：

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#################经典类####################
class Goods:
     
    @property            #定义类属性
    def price(self):
        return "jack"
obj =Goods()
result = obj.price       #自动执行@property装饰的price方法，并获取方法的返回值
print(result)
#结果:
jack

python2.*中的经典类，具有一种@property装饰器，如上例；下面来看一下新式类：

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#################新式类#####################
class Goods(object):
     
    @property
    def price(self):
        print('get price')
    @price.setter
    def price(self,value):
        print('set price')
    @price.deleter
    def price(self):
        print('del price')
#调用方法：
obj = Goods()
obj.price       #自动执行@property修饰的price方法，并获取方法的返回值
obj.price(123)  #自动执行@property.setter修饰的price方法,并将123赋值给方法的参数
del obj.price   #自动执行@property.deleter修饰的price方法，将方法删除

注: 经典类中的属性只有一种访问方式，其对应被@property修饰的方法；

新式类中的属性有三种访问方式，并分别对应了被@property、@方法名.setter、@方法名.deleter修饰的方法。

例子：

我们刚才知道了新式类具有三种你访问方式，下面通过属性的访问特点，取出商品的价格，修改商品的价格，和删除商品原价的操作，具体代码如下：

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class Goods(object):
     
    def __init__(self):
        self.original_price =100       #原价
        self.discount = 0.8            #折扣
  
    @property
    def price(self):
        new_price = self.original_price * self.discount     #实际价格 = 原价 * 折扣
        return new_price
   
    @price.setter
    def price(self,value):
        self.original_price = value
  
    @price.deleter
    def price(self):
        del self.original_price
  
obj = Goods()
obj.price        #获取商品价格
obj.price = 200  #修改商品价格
del obj.price    #删除商品价格

 

静态字段的方式：

property的构造方法中有四个参数：

  • 第一个参数是方法名，调用对象 ● 属性时自动触发执行方法 ；

  • 第二个参数是方法名，调用对象 ● 属性 = xxx时自动触发执行方法；

  • 第三个参数是方法名，调用del 对象 ● 属性时自动触发执行方法；

  • 第四个参数是字符串，调用对象●属性.__doc__,此参数是该属性的描述信息。

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class Goods(object):
    def __init__(self):
        # 原价
        self.original_price = 100
        # 折扣
        self.discount = 0.8
    def get_price(self):
        # 实际价格 = 原价 * 折扣
        new_price = self.original_price * self.discount
        return new_price
    def set_price(self, value):
        self.original_price = value
    def del_price(self):
        del self.original_price
    PRICE = property(get_price, set_price, del_price, '价格属性描述...')
obj = Goods()
ret =obj.PRICE
print(ret)
obj.PRICE = 200
ret1 =obj.PRICE
print(ret1)
del obj.PRICE

所以，定义属性共用两种方式，分别是【装饰器方式】和【静态字段】，而【装饰器方式】针对经典类和新式类又有所不同。

二、类成员的修饰符

类的所有成员在上一步骤已经做了详细介绍，对于每一个类的成员而言都是有两种形式的：

  • 公有成员：在任何地方都能访问；

  • 私有成员：只有在类的内部才能访问。

 私有成员和公有成员的定义不同：私有成员时，前两个字符是下划线（类似：__init__、__call__、__dict__等）

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class Foo:
    def __init__(self):
        self.name         #公有字段
        self.__name       #私有字段

私有成员和公有成员的访问权限不同：

 静态字段：

  • 公有静态字段：类可以访问，类内容部也可以访问，派生类中也可以访问；

  • 私有静态字段：仅类内部可以访问。

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class C：
     
   name = "jack"    #定义公有静态字段
    def func(self):
        print C.name
class D(C):
   def show(self):
        print C.name
C.name            #类可以直接访问
obj= C()
obj.func()        #类内部也可以访问
obj_son = D()
obj_son.show()    #派生类也可以访问
    
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class C:
    
    __name = "jack"    #定义的私有静态字段
    def func(self):
        print C.__name
class D(C):
    def show(self):
        print C.__name
C.__name               #这样直接类访问，是无法访问的
obj= C()               #类内部的方法调用是可以访问的
obj.func()
obj_son = D()
obj_son.show()         #派生类中也是不能访问的

普通字段：

  • 公有普通字段：类可以访问，类内容部也可以访问，派生类中也可以访问；

  • 私有普通字段：仅类内部可以访问。

注意：如果想要强制访问私有字段，可以通过【对象.__类名__私有字段名】访问（如：obj.__C__foo）,但不建议强制访问私有成员。

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class C:
    def __init__(self):
        self.foo = "jack"  # 定义公有普通字段
    def func(self):
        print(self.foo)  # 类内部可以直接访问
class D(C):
    def show(self):
        print(self.foo)  #派生类中访问
obj = C()
print(obj.foo)        # 通过对象直接访问
obj.func()            # 通过调用类中的方法访问
obj_son = D()
obj_son.show()
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class Foo:
    def __init__(self):
        self.__name = "jack"   #定义私有普通字段
    def func(self):
        print(self.__name)
class Bar(Foo):
    def show(self):
        print(self.__name)
obj = Bar("jack")
obj.show()           #私有成员修饰符是无法继承的，只有自己可以访问
obj.func()           #通过继承父类的方法是可以访问的

下面介绍一个使用私有成员修改静态方法：

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class Func():
    country = "中国"
    def  __init__(self,name):
        self.name = name
    def show(self):
        print(self.name)
    @staticmethod
    def __f1():
        print("jack")
    def f2(self):
        print(Func.__f1())
obj = Func('jack')
obj.__f1()      #直接访问静态方法报错
obj.f2()        #在内部调用可以正常访问

三、类的特殊成员

上面介绍了Python的类成员以及成员修饰符，从而了解到类中有字段、方法和属性三大类成员，并且成员名前如果有两个下划线，则表示私有成员，私有成员只能有类内部调用；无论人或者事物往往都有不按套路出牌的情况，Python的类成员也是如此，存在着一些具有特殊含义的成员，下面我们详细介绍一下：

1、__doc__：表示类的描述信息

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class Foo:
    """此类，为学生类"""
    def func(self):
        pass
print(Foo.__doc__)   #输出类的描述信息

2、__init__：构造方法，通过类创建对象时，自动触发执行。

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class Foo:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
        self.age = 19
obj = Foo('jack')   #创建对象时，会自动触发类中的__init__方法

3、__del__：析构方法，当对象在内存中被释放时，自动触发执行。

注：此方法一般无须定义，因为python是一门高级语言，程序员在使用时无需关心内存的分配和释放，因为此工作都交给了python解释器类执行，所以析构函数的调用是由解释器在进行垃圾回收时自动触发执行的。

4、__call__：对象后面加括号，触发执行

注：构造方法的执行是由创建对象触发的，即：对象=类名()；而对于__call__方法的执行是由对象后加括号触发的，即：对象()或者类名()()

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class Foo:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
        self.age = 18
    def __call__(self):
        print('call')
obj = Foo("jack")
obj()                 #对象后面加()，会执行call方法
Foo("jack")()         #或者类后面加两个括号也是会执行call方法

5、__dict__：获取对象中封装的数据
从上文我们知道，类的普通字段属于对象；类中的静态字段和方法等属于类，即：

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class Province:
    country = "China"
    def __init__(self,name,count):
        self.name = name
        self.count = count
    def func(self,*args,**kwargs):
        print("func")
print(Province.__dict__)    #获取类的成语,即：静态方法、方法
#结果：
#{'__init__': <function Province.__init__ at 0x000001C3F419D510>, 'country': 'China', '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Province' objects>, '__doc__': None, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Province' objects>, 'func': <function Province.func at 0x000001C3F419D598>, '__module__': '__main__'}
obj = Province('Hebei',1000)        #获取对象obj的成员
print(obj.__dict__)
#结果：{'name': 'Hebei', 'count': 1000}
obj1 = Province('beijing',50000)    #获取对象obj1的成员
print(obj1.__dict__)
#结果：{'name': 'beijing', 'count': 50000}

  6、__module__和__class__

  • __module__：表示当前操作的对象在那个模块

  • __class__：表示当前操作的对象的类是什么

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#test.py  测试模块
class Foo:
    def __init__(self):
        self.name = "jack"
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from Day8.test import Foo
obj = Foo()
print(obj.__module__)     #输出Day8.test 即：输出模块名
print(obj.__class__)      #输出<class 'Day8.test.Foo'> 即：输出类

 7、__str__：如果一个类中定义了__str方法，那么在打印对象时，默认输出该方法的返回值。

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class Foo:
    #构造方法
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
    def __str__(self):
        return  "%s - %s"%(self.name,self.age)
obj1 = Foo('alex',18)
obj2 = Foo('eric',19)
print(obj1)       #直接打印对象，会执行__str__(如果没有调用对象的方法，会直接打印一个内存地址，并不友好，如果定义了__str__方法，会自动执行__str__方法)
print(obj2)
#结果：
alex - 18
eric - 19

    8、__getitem__、__setitem__、__delitem__：用于索引操作，如字典，分别为获取、设置和删除。

注：这个模块python2.*和python3.*中有不同之处，python3.*中直接可以通过上述三种方法进行切片操作，而python2.*中需要调用另外三种方法：__getslice__、__setslice__、__delslice__进行切片操作。

 python3.*操作方法：

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class Foo(object):
    def __getitem__(self, key):
        print('__getitem__',key)
    def __setitem__(self, key, value):
        print('__setitem__',key,value)
    def __delitem__(self, key):
        print('__delitem__',key)
obj = Foo()
result = obj['k1']      # 自动触发执行 __getitem__
obj['k2'] = 'jack'      # 自动触发执行 __setitem__
del obj['k1']           #自动触发执行 __delitem__
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class Foo:
    #构造方法
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
     
    def __getitem__(self, item):
        print(type(item))     #以切片格式取值时，这里的类型为slice
        print(item.start)     #获取切片的起始位置
        print(item.stop)      #获取切片的截至位置
        print(item.step)      #获取切片的步长
        return 123
    def __setitem__(self, key, value):
        print('setitem')
    def __delitem__(self, key):
        print('delitem')
obj1 = Foo('jack',18)
ret1 = obj1[1:4:2]            #以切片的方式取值
obj1[1:4] = [11,22,33,44,55]
del obj1[1:4]
#结果：
<class 'slice'>
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setitem
delitem

python2.*执行方法：

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class Foo(object):
  
    def __getslice__(self, i, j):
        print '__getslice__',i,j
  
    def __setslice__(self, i, j, sequence):
        print '__setslice__',i,j
  
    def __delslice__(self, i, j):
        print '__delslice__',i,j
  
obj = Foo()
  
obj[-1:1]                   # 自动触发执行 __getslice__
obj[0:1] = [11,22,33,44]    # 自动触发执行 __setslice__
del obj[0:2]                # 自动触发执行 __delslice__

9、__iter__：用于迭代器，之所以列表、字典、元组可以进行for循环，是因为内部定义了__iter__。

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class Foo:
    def __iter__(self):       #__iter__方法会有一个返回值为迭代器，有yield的为生成器,也可以使用return iter([11,22,33,44])
        yield 1
        yield 2
obj = Foo()
for item in obj:              #当循环一个对象的时候会默认执行类里面的__iter__方法
    print(item)

10、__new__和__metaclass__

阅读以下代码：

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class Foo(object):
    def __init__(self):
        pass
obj = Foo()     #obj是Foo类实例化的对象

上述代码中，obj是通过Foo类实例化的对象，其实不仅obj是一个对象，Foo类本身也是一个对象，因为在python中一切事物都是对象。

如果按照一切事物都是对象的理论：obj对象通过执行Foo类的构建方法创建，那么Foo类对象应该也是通过执行某个类的构造方法来创建的。

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print(type(obj))  
print(type(Foo))
#结果：
<class '__main__.Foo'>    #表示,obj对象是Foo类创建的
<class 'type'>            #Foo类对象是type类创建的

所以，obj对象是Foo类的一个实例，Foo类对象是type类的一个实例，即：Foo类对象是通过type类的构造方法创建的。

那么创建类就有两种方式：

     (1)、普通方式

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class Foo(object):
    def func(self):
        print('hello')

  (2)、特殊方式(type类的构造函数)

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def func(self):
    print('hello')
Foo = type('Foo',(object,),{'func':func})
#type第一个参数：类名
#type第二个参数：当前类的基类(父类)
#type第三个参数：类的成员

那么问题来了，类默认是由type类实例化产生的，type类中如何实现的创建类，类又是如何创建对象呢？

类中有一个属性__metaclass__，其用来表示该类由谁来实例化创建，所以我们可以为__metaclass__设置一个type类的派生类，从而查看类创建的过程。

Python基础—面向对象（进阶篇）

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class MyType(type):
    def __init__(self, what, bases=None, dict=None):
        super(MyType, self).__init__(what, bases, dict)
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        obj = self.__new__(self, *args, **kwargs)
        self.__init__(obj)
class Foo(object):
    __metaclass__ = MyType
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        return object.__new__(cls, *args, **kwargs)
# 第一阶段：解释器从上到下执行代码创建Foo类
# 第二阶段：通过Foo类创建obj对象
obj = Foo()

上面介绍的是__metaclass__方法，下面我们介绍一下__new__方法：

继承自object的新式类才有__new__方法，__new__至少要有一个参数cls，代表要实例化的类，此参数在实例化时有Python解释器自动提供。

注：__new__必须要有返回值，返回实例化出来的实例，这点在自己实现__new__时要特别注意，可以return父类__new__出来的实例，或者直接object的__new__出来的实例。

看网上很多人拿__init__和__new__做对比，大家都知道__init__有一个参数self，其实这个参数就是__new__返回的实例，__init__在__new__的基础上可以完成一些其它初始化的动作，__init__

不需要返回值，若__new__没有正确返回当前类cls的实例，那__init__是不会调用的，即使是父类的实例也不行。

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class A(object):
    pass
  
class B(A):
    def __init__(self):
        print "init"
    def __new__(cls,*args, **kwargs):
        print "new %s"%cls
        return object.__new__(A, *args, **kwargs)
  
b=B()
print type(b)
#输出：
new <class '__main__.B'>
<class '__main__.A'>

补充：

下面补充两个与类相关的两个内置函数：

       1、isinstance(obj, cls) :检查obj是否是cls的对象

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class Bar:
    pass
class Foo(Bar):
    pass
obj = Foo()
#obj,Bar(obj类型和obj类型的父类)的实例
ret = isinstance(obj,Bar)  #它既可以判断是不是Foo对象，也可以判断是不是Foo父类的对象
print(ret)
#输出：True

     2、issubclass(sub, super) :检查sub类是否是super类的派生类

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class Bar:
    pass
class Foo(Bar):
    pass
ret = issubclass(Foo,Bar)
print(ret)
#输出：True

今天​介绍的内容就到这里，以上就是面向对象进阶篇的所有内容，谢谢大家。

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