路漫漫其修远兮
吾将上下而求索

python学习:类,实例,私有属性,继承,多态

面向对象编程——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。
class Student(object):
初始化你将要创建的实例的属性
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))
给对象发消息实际上就是调用对象对应的关联函数,我们称之为对象的方法(Method)。面向对象的程序写出来就像这样:

bart = Student('Bart Simpson', 59)
lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
bart.print_score()
lisa.print_score()


面向对象最重要的概念就是类(Class)和实例(Instance),必须牢记类是抽象的模板,比如Student类,而实例是根据类创建出来的
一个个具体的“对象”,每个对象都拥有相同的方法,但各自的数据可能不同
仍以Student类为例,在Python中,定义类是通过class关键字:
class Student(object):
    pass
    
class后面紧接着是类名,即Student,类名通常是大写开头的单词,紧接着是(object),表示该类是从哪个类继承下来的,继承的概念
我们后面再讲,通常,如果没有合适的继承类,就使用object类,这是所有类最终都会继承的类。


class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
注意到__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在__init__方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。
有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了,必须传入与__init__方法匹配的参数,但self不需要传,Python解释器自己会把实例变量传进去:
和普通的函数相比,在类中定义的函数只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量self,并且,调用时,不用传递该参数。除此之外,
类的方法和普通函数没有什么区别,所以,你仍然可以用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。


既然Student实例本身就拥有这些数据,要访问这些数据,就没有必要从外面的函数去访问,可以直接在Student类的内部定义访问数据的函数,
这样,就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和Student类本身是关联起来的,我们称之为类的方法:
class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))
要定义一个方法,除了第一个参数是self外,其他和普通函数一样。要调用一个方法,只需要在实例变量上直接调用,除了self不用传递,其他参数正常传入:


访问限制
class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def print_score(self):
        print ('%s: %s' %(self.name, self.score))

andy = Student('andy', 59)
andy.print_score()
andy.score = 60
andy.print_score()

结果:
andy: 59
andy: 60

#另外一个例子,变量为私有属性,不能直接在外面修改,无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__score
class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def print_score(self):
        print ('%s: %s' %(self.__name, self.__score))

andy = Student('andy', 59)
andy.print_score()
andy.__score = 60
andy.print_score()

结果:
andy: 59
andy: 59 

如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线__,在Python中,实例的变量名如果以__开头,就变成了一个私有变量(private),
只有内部可以访问,外部不能访问
在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量是可以直接访问的,不是private变量,
所以,不能用__name__、__score__这样的变量名

如果又要允许外部代码修改score怎么办?可以再给Student类增加set_score方法,原先那种直接通过bart.score = 99也可以修改啊,为什么要定义一
个方法大费周折?因为在方法中,可以对参数做检查,避免传入无效的参数:

class Student(object):
    ...
    def set_score(self, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self.__score = score
        else:
            raise ValueError('bad score')


继承和多态 
当我们定义一个class的时候,可以从某个现有的class继承,新的class称为子类(Subclass),而被继承的class称为基类、父类
class Animal(object):
    def run(self):
        print('Animal is running...')

class Dog(Animal):
    def run(self):
        print('Dog is running...')
    def eat(self):
        print('Dog is eatting...')

class Cat(Animal):
    pass

dog = Dog()
dog.run()
dog.eat()

cat = Cat()
cat.run()

执行结果
Dog is running...
Dog is eatting...
Animal is running...

对于Dog来说,Animal就是它的父类,对于Animal来说,Dog就是它的子类。Cat和Dog类似。
继承有什么好处?最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于Animial实现了run()方法,因此,Dog和Cat作为它的子类,什么事也没干,就自动拥有了run()方法
当子类和父类都存在相同的run()方法时,我们说,子类的run()覆盖了父类的run(),在代码运行的时候,总是会调用子类的run(),对方法进行重写
继承可以把父类的所有功能都直接拿过来,这样就不必重零做起,子类只需要新增自己特有的方法,也可以把父类不适合的方法覆盖重写

继承属性示例
class Student(object):
    def __init__(self, name, score, age):
        self.name = name
        self.score = score
        self.age = age
    def print_information(self):
        print('name is %s, score is %s, age is %s'\
        %(self.name, self.score, self.age))

class Couple(Student):
    def __init__(self, name, score, age, sex):
        Student.__init__(self, name, score, age)
        self.sex = sex
    def print_information(self):
        print('name is %s, score is %s, age is %s, sex is %s'\
        %(self.name, self.score, self.age, self.sex))

zhang = Student('zhang', 80, 22)
yong = Student('yong', 72, 19)
lu = Student('lu', 90, 21)
lu.print_information()
sui = Couple('sui', 80, 40, 'male')
sui.print_information()


多态
多态的好处就是,当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise……时,我们只需要接收Animal类型就可以了,因为Dog、Cat、Tortoise……都是Animal类型,
然后,按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法,因此,传入的任意类型,只要是Animal类或者子类,就会自动调用实际类型的
run()方法,这就是多态的意思:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('Animal is running...')

class Dog(Animal):
    def run(self):
        print('Dog is running...')

class Cat(Animal):
    def run(self):
        print('Cat is running...')

def run(abc):
    abc.run()

run(Animal())
run(Dog())
run(Cat())




获取对象信息
就是判断当前的变量是哪个类型的变量,类是哪个类型的类
对于class的继承关系来说,使用type()就很不方便。我们要判断class的类型,可以使用isinstance()函数

先创建3种类型的对象:
>>> a = Animal()
>>> d = Dog()
>>> h = Husky()
然后,判断:
>>> isinstance(h, Husky)
True
>>> isinstance(h, Dog)
True
h虽然自身是Husky类型,但由于Husky是从Dog继承下来的,所以,h也还是Dog类型。换句话说,isinstance()判断的是一个对象是否是该类型本身,
或者位于该类型的父继承链上。
>>> isinstance(h, Animal)
True
>>> isinstance('a', str)
True
>>> isinstance(123, int)
True
>>> isinstance(b'a', bytes)
True

如果要获得一个对象的所有属性和方法,可以使用dir()函数,它返回一个包含字符串的list,比如,获得一个str对象的所有属性和方法:
>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

配合getattr()、setattr()以及hasattr(),我们可以直接操作一个对象的状态:

>>> class MyObject(object):
...     def __init__(self):
...         self.x = 9
...     def power(self):
...         return self.x * self.x
...
>>> obj = MyObject()
紧接着,可以测试该对象的属性:

>>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗?
True
>>> obj.x
9
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
True
>>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
19
>>> obj.y # 获取属性'y'
19
如果试图获取不存在的属性,会抛出AttributeError的错误:

>>> getattr(obj, 'z') # 获取属性'z'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'MyObject' object has no attribute 'z'
可以传入一个default参数,如果属性不存在,就返回默认值:

>>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z',如果不存在,返回默认值404
404
也可以获得对象的方法:

>>> hasattr(obj, 'power') # 有属性'power'吗?
True
>>> getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn = getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'并赋值到变量fn
>>> fn # fn指向obj.power
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn() # 调用fn()与调用obj.power()是一样的
81



面向对象高级编程

Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的:
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 2015 - 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。



__str__ 和 __repr__

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)


__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__()和__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__

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