Python中的魔力編程：掌握面向對象之道

Python中的面向對象編程

背景：

? 最近在看一些代碼的時候，對類中的一些內置方法不是很懂，因此出一篇文章來細說一下，希望大家看完后對Python中類有一個清楚的認識。

基礎鋪墊：

? 面向對象的三個特點：封裝、繼承、多態。面向對象的好處無非就是增加代碼的復用性，利于維護和修改，這也是高內聚，低耦合的體現。

  1. 封裝：
    • 封裝是一種將數據（屬性）和操作數據的方法（方法）封裝在一個單元內的機制。
    • 類的成員變量可以設置為私有，只能通過類的方法來訪問和修改。
  2. 繼承：
    • 繼承允許你創建一個新類，該類繼承了一個現有類的屬性和方法。新類稱為子類，原始類稱為父類或基類。
    • 子類可以擴展或修改繼承的屬性和方法，也可以添加新的屬性和方法。
  3. 多態：
    • 多態性允許不同類的對象對相同的方法名做出不同的響應。這是通過方法的重寫和接口的實現來實現的。
類的特性：

Python使用class關鍵字來定義類，其基本結構如下：

  • class 類名(): #一般類名首字母是大寫pass
內置方法合集(重點)：

? 內置方法（也稱為魔術方法或雙下劃線方法），它們具有特殊的含義和用途，為什么你有的時候看不懂一些方法，因為他是固定的，比較便捷，我們只需要對其重寫即可。

  1. __init__(self, ...): 這是一個類的構造方法，用于初始化對象的屬性。當你創建一個類的新實例時，__init__ 方法會自動調用，進行相關的賦值操作。
  2. __str__(self): 用于返回一個可讀的對象字符串表示。當你使用 print 函數打印一個對象時，它會自動調用 __str__ 方法來獲取字符串表示，我們一般對其重寫。
  3. __repr__(self): 用于返回一個對象的官方字符串表示。通常，它應該返回一個字符串，以用于創建相同對象的副本。
  4. __len__(self): 這用于返回對象的長度。你可以通過內置函數 len() 來獲取對象的長度，它會自動調用 __len__ 方法。
  5. __getitem__(self, key): 這用于允許對象像字典或列表一樣通過索引或鍵來訪問其元素。它用于實現對象的索引訪問。
  6. __setitem__(self, key, value): 用于允許對象像字典或列表一樣通過索引或鍵來設置其元素的值。它用于實現對象的索引賦值。
  7. __delitem__(self, key): 用于允許對象像字典或列表一樣通過索引或鍵來刪除其元素。它用于實現對象的索引刪除。
class Book:# self 是調用者def __init__(self, title, author, pages): # Book類內置屬性 標題 作者 頁數self.title = titleself.author = authorself.pages = pagesdef __str__(self):return f"{self.title} by {self.author}"def __repr__(self):return f"Book({self.title}, {self.author}, {self.pages})"def __len__(self):return self.pagesdef __getitem__(self, page_number):if page_number >= 1 and page_number <= self.pages:return f"Page {page_number} of {self.title}"else:raise IndexError("Page number out of range")def __iter__(self):self.current_page = 1 # 封裝一個屬性return selfdef __next__(self):if self.current_page <= self.pages:result = f"Page {self.current_page} of {self.title}"self.current_page += 1return resultelse:raise StopIteration

# 創建一個Book對象
book = Book("Python Basics", "John Smith", 100) #會自動調用 __init__ 方法# 使用內置方法
#  打印對象 會自動調用__str__
print(book) # 輸出: Python Basics by John Smith 
# 調用__len__ 函數
print(len(book)) #輸出 100
# 調用__repr__ 函數
print(repr(book))  # 輸出: Book(Python Basics, John Smith, 100)
# __getitem__ 當取某一個元素得時候會自動調用
print(book[1])  # 輸出: Page 1 of Python Basics
print(book[50])  # 輸出: Page 50 of Python Basics
# # 迭代書的頁面
for page in book:print(page)#  第一次調用會執行__iter__函數，然后不斷使用__next__ 函數，for page in book:會反復調用 __next__ 方法，每次迭代都會獲取下一頁的頁面信息，直到沒有更多的頁面可供迭代為止。

在這里插入圖片描述

組合：

? 組合指的是，在一個類中以另外一個類的對象作為數據屬性，稱為類的組合

class Student():def __init__(self):# 將創建好的手機對象賦值給了phone這個實例變量self.phone = Phone('霸王別姬')class Phone():def __init__(self, movie_name):self.movie_name = movie_namedef playMovie(self):print('手機正在播放的電影是：', self.movie_name)s1 = Student()
s1.phone.playMovie()

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繼承：

? 通過繼承，你可以創建一個新類（子類），它可以繼承另一個類（父類或基類）的屬性和方法。子類可以擴展或修改父類的功能，并可以添加自己的屬性和方法。

  1. 父類和子類：
    • 父類是被繼承的類，也被稱為基類或超類。
    • 子類是繼承父類的類，也被稱為派生類。
  2. 繼承語法：
    • 在子類的類定義中，將父類作為子類的參數傳遞給類定義。
    • 使用 super() 函數可以在子類中調用父類的方法。
class ParentClass:def __init__(self, name):self.name = namedef speak(self):print(f"{self.name} is speaking.")class ChildClass(ParentClass):def __init__(self, name, age):super().__init__(name)  # 調用父類的構造方法self.age = agedef speak(self):super().speak()  # 調用父類的方法print(f"{self.name} is {self.age} years old and speaking.")child = ChildClass("Alice", 10)
child.speak()

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class ParentClass:def __init__(self, name):self.name = nameclass ChildClass(ParentClass):def __init__(self, name, age):# 不顯式調用父類的構造方法，Python會自動調用self.age = agechild = ChildClass("Alice", 10)
print(child.name)  # 輸出: Alice
print(child.age)   # 輸出: 10

? 子類 ChildClass 的構造方法沒有顯式調用 super().__init__(name)，但仍然可以正確地初始化 name 屬性，因為Python會自動調用父類 ParentClass 的構造方法。但是，如果你在子類的構造方法中想做一些其他特定于子類的初始化工作，你可以顯式調用 super().__init__(name) 來確保父類的構造方法也被執行。

多態：
class Animal:def speak(self):passclass Dog(Animal):def speak(self):return "Woof!"class Cat(Animal):def speak(self):return "Meow!"def make_animal_speak(animal):return animal.speak()dog = Dog()
cat = Cat()print(make_animal_speak(dog))  # 輸出: "Woof!" 調用誰得對象，執行who得函數
print(make_animal_speak(cat))  # 輸出: "Meow!"
實例變量和類變量：
實例變量：
  • 實例變量指的是實例化對象本身擁有的變量。
  • 通過實例名加圓點的方式調用實例變量 對象.屬性
class Student():def __init__(self,i_name,i_age):#只要定義在init方法內部的變量就是【實例/對象變量】self.name = i_name #self.name就是定義的實例變量，name是init方法的參數值self.age = i_age #self.age就是定義的實例變量，age就是init方法的參數值s1 = Student('xxx',21) #調用Student類中的init這個構造方法
s2 = Student('lisi',225)
print(s1.name,s1.age) #訪問s1對象的name和age這兩個實例變量
print(s2.name,s2.age) #訪問s2對象的name和age這兩個實例變量
類變量：

? 顧名思義，類和實例化對象公用得屬性叫做類變量。定義在類中，方法之外的變量，稱作類變量。類變量是所有實例公有的變量，每一個實例都可以訪問類變量。

class Student():# 定義在方法外部的變量：類變量address = 'Beijing'classroom = 167def __init__(self, i_name, i_age):# 只要定義在init方法內部的變量就是【實例/對象變量】self.name = i_nameself.age = i_ages1 = Student('zhangsan', 20)  # 調用Student類中的init這個構造方法
s2 = Student('lisi', 25)
# 根據對象的引用訪問對象的實例變量
print(s1.name, s1.age)  # 訪問s1對象的name和age這兩個實例變量
print(s2.name, s2.age)  # 訪問s2對象的name和age這兩個實例變量
print(s1.address, s1.classroom) # 對象訪問類變量
print(Student.address,Student.classroom) # 類訪問類變量

一句話：類變量是可以被所有的對象公用的

類的方法：

? Python的類中可以包含三種不同類型的方法：實例方法、靜態方法和類方法。它們之間的區別主要涉及參數和調用方式，

實例方法：
  • 實例方法是最常見的方法類型，在類內部定義時，第一個參數通常是 self，它表示對象自身。
  • 實例方法可以訪問和修改對象的屬性，因為它們有對當前實例的引用。
class Student():classroot = 167 #類變量#構造方法def __init__(self,name,age):#實例變量self.name = nameself.age = age#注意：實例方法只可以通過對象調用。def study(self,book):print('正在學習的書籍是：',book)s = Student('zhangsan',20) #實例化對象
#只給除了self其他的參數傳值
s.study('C++程序設計')
靜態方法：
  • 靜態方法在類內部定義時，使用 @staticmethod 裝飾器來標識，它們不需要訪問對象的狀態，因此沒有 self 參數。
  • 靜態方法通常用于類級別的操作，而不是實例級別的操作。
class Obj():def __init__(self):pass# 定義一個靜態方法@staticmethoddef staticFunc(name):  # 靜態方法不需要有任何的必要參數（self)print('我是靜態方法！，我有一個普通參數：', name)Obj.staticFunc('帥哥')  # 通過類名調用（推薦）
o = Obj()
o.staticFunc('小帥哥')  # 通過對象名調用（不推薦）
類方法：
  • 類方法在類內部定義時，使用 @classmethod 裝飾器來標識，它們的第一個參數通常是 cls，它表示類本身。
  • 類方法可以訪問和修改類級別的屬性，通常用于創建、操作或修改類級別的狀態。
class Obj():f = 'classVar'  # 類變量def __init__(self):pass@classmethoddef classFunc(cls):  # 類方法必須要有一個cls的參數，且作為第一個參數# cls也不是python的關鍵字，cls也可以寫作其他的形式，比如：xx，selfprint('我是類方法！必要參數cls的值為：', cls)print('類變量的值為:', cls.f)  # 類名訪問類變量o = Obj()
o.classFunc()  # 通過對象名訪問（不推薦）Obj.classFunc()  # 通過類名訪問（推薦）

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