Python面向对象编程的奥秘与魅力

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文章目录

  • 前言
  • 1、类(Class)与对象(Object)
  • 概念:
  • 代码示例:
  • 2.继承(Inheritance)
  • 概念:
  • 代码示例:
  • 多继承
  • 代码示例
  • 3. 方法重写(Method Overriding)
  • 概念
  • 代码展示
  • 4. 多态(Polymorphism)
  • 概念
  • 代码展示
  • 5.单例类
  • 概念
  • 代码展示
  • 6. 抽象类
  • 概念
  • 代码展示
  • 7. 动态定义实例的变量和方法
  • 使用setattr
  • 代码展示
  • 8. 动态定义类的变量和方法
  • 1.使用setattr
  • 代码展示
  • 2.直接操作__dict__
  • 代码展示
  • 说明
  • 9.定义静态方法
  • 说明staticmethod
  • 代码展示
  • 10.静态方法与类方法和实例方法的比较
  • 总结

  • 前言

    在Python中,面向对象编程(OOP)是一种非常强大的编程范式,它允许开发者以更自然的方式模拟现实世界中的复杂系统。下面,我将详细分析面向对象编程的几个核心概念,并提供相应的代码示例,最后探讨一些扩展知识点。


    1、类(Class)与对象(Object)

    示例:pandas 是基于NumPy 的一种工具,该工具是为了解决数据分析任务而创建的。

    概念:

  • :是一个模板,用于创建具有相同属性和方法的对象的蓝图。
  • 对象:是类的实例,具有类定义的属性和方法。
  • 代码示例:

    class Dog:  
        def __init__(self, name, age):  
            self.name = name  
            self.age = age  
      
        def bark(self):  
            print(f"{self.name} says Woof!")  
      
    # 创建Dog类的实例(对象)  
    dog1 = Dog("Buddy", 3)  
    dog1.bark()  # 输出: Buddy says Woof!
    

    2.继承(Inheritance)

    概念:

    继承允许我们定义一个类(子类)来继承另一个类(父类)的属性和方法。子类可以添加新的属性或重写继承的方法。

    代码示例:

    class Animal:  
        def __init__(self, name):  
            self.name = name  
      
        def speak(self):  
            raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")  
      
    class Dog(Animal):  
        def speak(self):  
            return f"{self.name} says Woof!"  
      
    dog2 = Dog("Rex")  
    print(dog2.speak())  # 输出: Rex says Woof!
    

    多继承

    多继承允许一个类继承自多个基类。这意味着子类可以继承来自多个父类的属性和方法。然而,多继承也带来了所谓的“菱形问题”(或称为“钻石问题”),即当多个父类继承自同一个更上层的基类时,这个基类的属性和方法可能会在子类中被重复继承。Python通过方法解析顺序(Method Resolution Order, MRO)来解决这个问题,它确保了每个基类的方法只被调用一次。

    代码示例

    class A:  
        def __init__(self):  
            self.value = "A"  
      
    class B(A):  
        def __init__(self):  
            super().__init__()  
            self.value += "B"  
      
    class C(A):  
        def __init__(self):  
            super().__init__()  
            self.value += "C"  
      
    class D(B, C):  
        def __init__(self):  
        	""" 这里会先调用B的__init__,然后是C的__init__(但C的__init__
        	中super()调用实际上不会执行,因为A已被B初始化)"""
            super().__init__()   
            self.value += "D"  
      
    d = D()  
    print(d.value)  # 输出: ABCD
    

    3. 方法重写(Method Overriding)

    概念

    方法重写(Method Overriding)是一种非常关键的概念,它允许子类提供一个特定签名的方法实现,该方法在父类中已经存在。当通过子类的实例调用该方法时,将执行子类提供的实现,而不是父类中的原始实现。这提供了一种扩展或修改父类行为的方式,同时保持父类代码的可重用性。

    代码展示

    class Animal:  
        def speak(self):  
            print("This animal makes a generic sound.")  
      
    class Dog(Animal):  
        def speak(self):  
            # 重写speak方法  
            print("Woof!")  
      
    # 创建一个Dog对象并调用其speak方法  
    dog = Dog()  
    dog.speak()  # 输出: Woof!  
      
    # 如果我们创建一个Animal对象并调用其speak方法  
    animal = Animal()  
    animal.speak()  # 输出: This animal makes a generic sound.
    

    4. 多态(Polymorphism)

    概念

    多态指的是不同类的对象对同一消息作出响应时,各对象将执行各自的方法。在Python中,由于动态类型系统和鸭子类型(duck typing),多态是隐式的。

    代码展示

    class Animal:  
        def make_sound(self):  
            pass  
      
    class Dog(Animal):  
        def make_sound(self):  
            return "Woof!"  
      
    class Cat(Animal):  
        def make_sound(self):  
            return "Meow!"  
      
    def animal_sound(animal):  
        print(animal.make_sound())  
      
    dog = Dog()  
    cat = Cat()  
    animal_sound(dog)  # 输出: Woof!  
    animal_sound(cat)  # 输出: Meow!
    

    5.单例类

    概念

    单例模式是一种常用的软件设计模式,其目的是确保一个类仅有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例。在Python中,可以通过多种方式实现单例模式,但最常见的是使用装饰器或模块级别的变量。

    代码展示

    def singleton(cls):  
        instances = {}  
        def get_instance(*args, **kwargs):  
            if cls not in instances:  
                instances[cls] = cls(*args, **kwargs)  
            return instances[cls]  
        return get_instance  
      
    @singleton  
    class MyClass:  
        pass  
      
    obj1 = MyClass()  
    obj2 = MyClass()  
      
    print(obj1 == obj2)  # 输出: True
    

    6. 抽象类

    概念

    抽象类是一种不能被实例化的类,它通常用作基类,为子类定义接口。在Python中,abc模块提供了ABC(Abstract Base Class)和一系列装饰器(如@abstractmethod),用于定义抽象类和抽象方法。

    代码展示

    from abc import ABC, abstractmethod  
      
    class MyAbstractClass(ABC):  
        @abstractmethod  
        def my_abstract_method(self):  
            pass  
      
    class MyConcreteClass(MyAbstractClass):  
        def my_abstract_method(self):  
            print("实现了抽象方法")  
      
    # MyAbstractClass()  # 这会抛出TypeError,因为MyAbstractClass是抽象的  
      
    obj = MyConcreteClass()  
    obj.my_abstract_method()  # 输出: 实现了抽象方法
    

    7. 动态定义实例的变量和方法

    使用setattr

    setattr函数用于动态地给对象设置属性(包括方法和变量)。

    代码展示

    class MyClass:  
        pass  
      
    obj = MyClass()  
      
    # 动态定义实例变量  
    setattr(obj, 'my_var', 'Hello, World!')  
    print(obj.my_var)  # 输出: Hello, World!  
      
    # 动态定义实例方法  
    def my_method(self):  
        print('This is a dynamically defined method.')  
      
    setattr(MyClass, 'my_method', my_method)  # 注意:这里应该修改类,以便所有实例都能访问  
    obj.my_method()  # 调用动态定义的方法  
      
    # 或者只为单个实例动态添加方法  
    def another_method(self):  
        print('This method is only for this instance.')  
      
    setattr(obj, 'another_method', types.MethodType(another_method, obj))  
    obj.another_method()  # 调用
    

    8. 动态定义类的变量和方法

    1.使用setattr

    和实例一样,你也可以使用setattr来动态地给类添加变量和方法

    代码展示

    class MyClass:  
        pass  
      
    # 动态定义类变量  
    setattr(MyClass, 'class_var', 'Class Variable')  
    print(MyClass.class_var)  # 输出: Class Variable  
      
    # 动态定义类方法  
    def class_method(cls):  
        print('This is a class method.')  
      
    setattr(MyClass, 'class_method', classmethod(class_method))  
    MyClass.class_method()  # 调用  
      
    # 或者直接使用赋值  
    MyClass.another_class_var = 'Another Class Variable'  
    def another_class_method(cls):  
        print('Another class method.')  
    MyClass.another_class_method = classmethod(another_class_method)  
    MyClass.another_class_method()  # 调用
    

    2.直接操作__dict__

    你也可以直接操作类的__dict__属性来添加或修改变量和方法。

    代码展示

    MyClass.__dict__['new_class_var'] = 'New Class Variable'  
    print(MyClass.new_class_var)  # 输出: New Class Variable  
      
    def new_class_method(cls):  
        print('New class method.')  
    MyClass.__dict__['new_class_method'] = classmethod(new_class_method)  
    MyClass.new_class_method()  # 调用
    

    说明

    直接操作__dict__可能会绕过一些Python的内置检查和优化,因此通常建议使用setattr或其他更高级的API。

    9.定义静态方法

    说明staticmethod

    在Python中,staticmethod 是一个装饰器(decorator),用于将函数绑定到类上,但不接收类或实例的隐式第一个参数(在普通实例方法中通常是 self,在类方法中通常是 cls)。这意味着 staticmethod 函数可以像普通函数一样被调用,但它被定义在类的命名空间中,因此可以通过类名来访问它,就像访问类变量或方法一样。

    代码展示

    class MathUtilities:  
        @staticmethod  
        def add(x, y):  
            return x + y  
      
        @staticmethod  
        def multiply(x, y):  
            return x * y  
      
    # 使用静态方法  
    result_add = MathUtilities.add(5, 3)  
    print(result_add)  # 输出: 8  
      
    result_multiply = MathUtilities.multiply(5, 3)  
    print(result_multiply)  # 输出: 15  
      
    # 注意:静态方法也可以通过实例调用,但这样做并不常见  
    math_utils = MathUtilities()  
    print(math_utils.add(2, 2))  # 输出: 4
    

    10.静态方法与类方法和实例方法的比较

  • 实例方法:需要接收类实例的引用(通常是 self)作为第一个参数,可以访问和修改实例的属性和方法。
  • 类方法:需要接收类本身的引用(通常是 cls)作为第一个参数,可以访问和修改类的属性(即类变量),但不能直接访问或修改实例的属性(除非通过实例方法或传递实例作为参数)。
  • 静态方法:不接收类或实例的隐式第一个参数,其行为更接近于普通函数,但定义在类的命名空间中,可以通过类名或实例来调用。

  • 总结

    以上就是今天要讲的内容,本文仅仅简单介绍Python中面向对象编程(OOP)的一些用法。

    作者:Mr.小码

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