代码收藏家技术教程 2024-08-29

Python面向对象编程实战指南

面向对象编程（OOP）

一.类与实例

1.类：

是对现实世界描述的一种类型，是抽象的，是实例的模板，类名采用大驼峰，定义方式为 `class 类名: pass 。

2.实例：

根据类创建的具体对象，通过类名加括号（类名()）创建。实例是具体的，内容依赖于类。

`3.self`

在类的方法中，self 代表调用该方法的实例本身，在类内来代表未来的实例。通过 self 可以访问实例的属性和其他方法。

二.初始化函数 `init`

这是类的特殊方法，通过初始化 self 来初始化未来的实例，向 self 中添加数据就是向实例中添加数据。

运行结果：

三.魔法函数（特殊方法）

这些方法允许对象进行特定的操作，如字符串表示（__str__）、长度计算（__len__）、比较（__eq__, __ne__ 等）和算术运算（__add__, __sub__ 等）。


class MyClass:
    def __init__(self, name, age):
        print(f"初始化函数执行了")
        self.name = name
        self.age = age

    def __str__(self):
        return f"醒醒了:{self.name}"

    def __len__(self):
        return len(self.name)

    def __eq__(self, other):
        return self.age == other.age

    def __ne__(self, other):
        return self.age != other.age

    def __gt__(self, other):
        return self.age > other.age

    def __ge__(self, other):
        return self.age >= other.age

    def __lt__(self, other):
        return self.age < other.age

    def __le__(self, other):
        return self.age <= other.age

    def __add__(self, other):
        return self.age + other.age

    def __sub__(self, other):
        return self.age - other.age

    def __mul__(self, other):
        return self.age * other.age

    def __divmod__(self, other):
        return divmod(self.age, other.age)

    def __mod__(self, other):
        return self.age % other.age

    def __truediv__(self, other):
        return self.age / other.age

    def __floordiv__(self, other):
        return self.age // other.age


mc = MyClass("张飞", 18)
print(mc)
print(len(mc))

mc2 = MyClass("孙尚香", 18)
print(mc == mc2, mc != mc2, mc > mc2, mc >= mc2, mc < mc2, mc <= mc2)

print(mc + mc2, mc - mc2, mc * mc2, mc % mc2, divmod(mc, mc2), mc / mc2, mc // mc2)

运行结果：

四.构造函数与析构函数

构造函数：用于创建实例（`self`）并返回实例，可通过父类来创建实例super().__new__() 。

析构函数：__del__ 方法在对象被销毁时调用，用于执行清理工作。实例不再使用，销毁之前执行。

运行结果:

五.三大特性

封装：

包括数据（如名字、年纪）及数据相关的操作（如获取名字、设置名字、获取年纪、设置年纪）。

"""
Light：  灯
数据 state
操作 is_open change_state
"""


class Light:
    def __init__(self):
        self.state = False  # 初始灯的状态为关闭
        self.colors = ["红色", "绿色", "蓝色"]  # 定义了三种颜色：红色、绿色、蓝色
        self.current = 0  # 初始颜色索引为0，即红色

    def is_open(self):
        return self.state  # 返回当前灯的状态，True 表示开启，False 表示关闭

    def change_state(self):
        self.state = not self.state  # 切换灯的状态，如果是开启就关闭，如果是关闭就开启

    def get_color(self):
        return self.colors[self.current]  # 返回当前灯的颜色

    def set_color(self):
        self.current += 1  # 切换到下一个颜色
        if self.current == len(self.colors):  # 如果颜色索引超过了颜色列表长度
            self.current = 0  # 则重新回到第一个颜色


# 示例用法
l0 = Light()
# 初始状态
print(l0.is_open())  # 输出: False，灯是关闭的
print("======================")
# 切换状态
l0.change_state()
print(l0.is_open())  # 输出: True，灯现在是开启的
print("======================")
# 再次切换状态
l0.change_state()
print(l0.is_open())  # 输出: False，灯又关闭了
print(l0.get_color())  # 输出: 红色，因为当前颜色索引是0
print("======================")
# 切换颜色
l0.set_color()
print(l0.get_color())  # 输出: 绿色，因为当前颜色索引现在是1
print("======================")
l0.set_color()
print(l0.get_color())  # 输出: 蓝色，因为当前颜色索引现在是2
print("======================")
l0.set_color()
print(l0.get_color())  # 输出: 红色，因为当前颜色索引超过了列表长度，重新回到0
print("======================")
l0.set_color()
print(l0.get_color())  # 输出: 绿色，依次循环显示颜色

运行结果：

继承：

子类拥有父类的数据以及操作，子类不需要重新编写。Python 支持多继承，而 Java、C# 只支持单继承，通过接口等来实现多继承的功能。

多继承:

class MoveAble:
    def __init__(self, speed):
        self.speed = speed

    def move(self):
        print(f"I can move, my speed is {self.speed}m/s")

    def __str__(self):
        return "我是移动类"


class SpeakAble:
    def __init__(self, language):
        self.language = language

    def speak(self):
        print(f"I can speak {self.language}")

    def __str__(self):
        return "我是说话类"


class AttackAble:
    def __init__(self, skill):
        self.skill = skill

    def attack(self):
        print(f"使用{self.skill}发起攻击")

    def __str__(self):
        return "我是攻击类"


class Person(MoveAble, SpeakAble):
    def __init__(self, name, speed, language):
        # super().__init__()  会执行第一个父类
        # super().__init__(speed)

        # 通过类名表名 需要初始化哪个父类  必须传入self
        MoveAble.__init__(self, speed)
        SpeakAble.__init__(self, language)

        self.name = name

    def show(self):
        print(f"my name is {self.name}")

    def __str__(self):
        return "我是人类"


p0 = Person("小张", 50, "汉语")
p0.show()
p0.move()
p0.speak()

多态：

Python 中可以理解到处都是多态，有两种形式，一是函数同名不同参数，通过 `*args` 实现；二是父子类多态，函数名参数都相同，但实现不同。

运行结果:

六.抽象类

是特殊的类，内部可编写抽象方法，不能直接实例化，也可编写普通实例方法。子类继承抽象类必须实现抽象类的抽象方法

"""
抽象类：不直接实例化， 通过子类来产生实例
"""
from abc import ABC, abstractmethod


class Animal(ABC):
    """
    抽象类:拥有抽象方法 不能直接实例化
    通过装饰器abstractmethod把 walk 变为抽象方法
    """
    @abstractmethod
    def walk(self):
        pass

    def eat(self):
        print(f"可以吃")


# a0 = Animal()
# print(a0, isinstance(a0, Animal))

class Dog(Animal):
    """
    抽象类子类： 必须实现抽象类中的抽象方法
    """
    def walk(self):
        print(f"摇摇尾巴")


dog = Dog()
dog.eat()   # 调用继承自 Animal 的 eat() 方法
print(isinstance(dog, Dog), isinstance(dog, Animal))  # 检查实例的类型


class Cat(Animal):
    def walk(self):
        print(f"跳来跳去")


cat = Cat()
cat.eat()   # 调用继承自 Animal 的 eat() 方法
print(isinstance(cat, Cat), isinstance(cat, Animal))  # 检查实例的类型

七.类中内容

实例属性：向实例中添加的数据，类内通过 self，类外通过实例。

实例方法：第一个形参是 self，类内通过 self，类外通过实例

类属性：向类中添加数据，获取与设置直接通过类名，通过实例获取不推荐，实例不能设置类属性。

类方法：第一个形参一般是 cls，带有装饰器 classmethod，目的是获取类相关信息，实例可以获取类方法但不推荐。

静态方法：没有特殊形参，带有装饰器 staticmethod，通过类名调用，实例可以访问但不推荐，项目的辅助类一般使用静态方法。

class Person:
    MAX_ACE = 100  # 类属性，最大值
    MIN_ACE = 0    # 类属性，最小值

    @classmethod
    def from_birth_year(cls, name, birth_year):
        current_year = 2024  # 假设当前年份是 2024
        age = current_year - birth_year
        return cls(name, age)  # 返回一个新的 Person 实例

    @staticmethod
    def is_adult(age):
        return age > 18  # 静态方法，判断是否成年

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name  # 实例属性，姓名
        self.age = age    # 实例属性，年龄

    def __str__(self):
        return f"名字:{self.name}, 年龄:{self.age}"  # 返回对象描述的字符串


    def set_name(self, name):
        self.name = name  # 设置姓名的实例方法

    def get_name(self):
        return self.name  # 获取姓名的实例方法


# 创建一个 Person 对象
p0 = Person("张飞", 20)
# 输出对象的 name 和 age 属性
print(p0.name, p0.age)  # 输出: 张飞 20
# 使用 __str__ 方法打印对象的字符串表示
print(p0)  # 输出: 名字:张飞, 年龄:20
# 使用 set_name 方法修改 name 属性
p0.set_name("关羽")
# 再次打印对象的字符串表示和获取名字
print(p0, p0.get_name())  # 输出: 名字:关羽, 年龄:20

# 访问类属性
print(Person.MAX_ACE)  # 输出: 100
print(Person.MIN_ACE)  # 输出: 0

# 修改类属性
Person.MIN_ACE = 10
print(Person.MIN_ACE)  # 输出: 10

# 通过实例访问类属性（不推荐这样做）
print(p0.MIN_ACE, p0.MAX_ACE)  # 输出: 10 100

# 尝试通过实例修改类属性（这不会修改类的属性，而是创建了一个实例属性）
p0.MAX_ACE = 200
print(Person.MIN_ACE, p0.MAX_ACE)  # 输出: 10 200

# 使用类方法创建 Person 对象
p2 = Person.from_birth_year("关羽", 1990)
print(p2)  # 输出: 名字:关羽, 年龄:34

# 使用静态方法判断年龄是否成年
print(Person.is_adult(20))  # 输出: True
print(Person.is_adult(15))  # 输出: False

八.动态添加内容

Python 的动态性允许在运行时向类中添加新的属性、方法等。

import types


class Person:
    pass


# # 在实例上添加属性  向实例中添加实例数据  其他实例无影响
p0 = Person()
p = Person()
p.name = "赵云"
print(p.name)


# 添加实例方法  # 向实例中添加实例数据 其他实例无影响
def my_set_name(self, name):
    self.name = name


p.set_name = types.MethodType(my_set_name, p)
p.set_name("关羽")
print(p.name)
# 向类中添加类属性  类可以正常访问 所有实例均可访问
Person.MAX_AGE = 120
print(Person.MAX_AGE, p.MAX_AGE, p0.MAX_AGE)


@classmethod
def my_info(cls):
    print(cls.__bases__)


# 向类中添加类方法  方法格式符合类方法格式  类与所有实例均可访问
Person.info = my_info
Person.info()
p0.info()
p.info()


@staticmethod
def my_max(x, y):
    return x if x > y else y


#  向类中添加静态方法  方法要符合静态方法格式  类与实例均可访问
Person.max = my_max

print(Person.max(10, 20), p.max(50, 100), p0.max(200, 500))

九.数据的访问级别

公有：普通名字，类内、类外、子类都可以使用。。

私有：以双下划线 __ 开头的属性或方法，在类外部不能直接访问，但可以通过类的公有方法间接访问。

保护（Python 中不严格区分）：以单下划线 _ 开头的属性或方法，遵在类内可以访问，在子类可以访问，在类外可强制访问。

"""
数据的访问级别
	公有类型
		public
		普通名字
		类内和类外,子类都可以使用
	私有类型
		private
		以_ _开头
		只能在类内访问
	保护类型
		protect
		在类内可以访问
		在子类中可以访问
		在类外可以强制访问
"""


class Person:
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.__age = age
        self._sex = sex

    def _set_sex(self, sex):
        self._sex = sex

    def _get_sex(self):
        return self._sex

    def __set_age(self, age):
        self.__age = age

    def __get_age(self):
        return self.__age

    def get_name(self):
        return self.name

    def set_name(self, name):
        self.name = name

    def __str__(self):
        return f"name:{self.name},age:{self.__age},sex:{self._sex}"


# 公有
p0 = Person("张飞", 20, "男")  # 私有只能在类内访问 age
print(p0)
p0.set_name("张菲菲")
print(p0.name, p0.get_name())
# 保护
p0._set_sex("女")
print(p0._get_sex())

十.属性封装与 `property`

口头称呼：类封装数据与操作，属性与行为，包括类属性、实例属性、公有属性、私有属性、保护属性。

property ：包括 fget（获取触发，@property）和 fset（设置触发，@属性名.setter）装饰器。

class Person:
    def __init__(self, name, age, sex, height):
        self.__name = name
        self.age = age
        self.__sex = sex
        self.__height = height

    @property
    def height(self):
        return self.__height

    @height.setter
    def height(self, height):
        self.__height = height

    def __get_sex(self):
        return self.__sex

    def __set_sex(self, sex):
        if sex in ["男", "女"]:
            self.__sex = sex
        else:
            print("设置失败")

    # 封装真正的属性
    sex = property(__get_sex, __set_sex)

    def get_name(self):
        return self.__name

    def set_name(self, name):
        if 2 <= len(name) <= 4:
            self.__name = name
        else:
            print("设置失败")


p = Person("张飞", 20, "男", 190)

# 获取 设置age 直接使用 (容易产生不合法数据)
print(p.age)
p.age = -30
print(p.age)
print("=============================")
# 获取设置name 需要通过函数  数据安全
print(p.get_name())
p.set_name("赵云")
print(p.get_name())
print("=============================")
# 使用 property 获取和设置 sex
print(p.sex)
p.sex = "其他"
print(p.sex)
print("=============================")
print(p.height)
p.height = 200
print(p.height)

十一.单例模式

只有一个实例，通过控制构造函数判定是否需要重新生成实例，第一次生成后放入类属性，以后返回第一次生成的实例。

class Person:
    pass


# 每次调用类都可以生成一个新的实例
p1 = Person()
p2 = Person()
p3 = Person()

print(p1 is p2, p2 is p3, p3 is p1)


class Manage(object):
    instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        """
        对构造函数进行控制 不是每次都生成新的实例
        1. 对类属性instance判断 如果为空 就构造一个实例 并且把实例赋予instance
        2. 对类属性instance判断 如果不为空 则直接把他返回
        """
        if not Manage.instance:
            Manage.instance = super().__new__(cls)
        return Manage.instance

    def __init__(self):
        """初始化函数 初始化实例 向self中添加内容"""
        print(f"初始化函数执行了")


m1 = Manage()
m2 = Manage()
print(m1 is m2, m1 is None, m2 is None)


class BaseManage:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(BaseManage, "instance"):
            obj = super().__new__(cls)
            setattr(BaseManage, "instance", obj)

        return getattr(BaseManage, "instance")


m1 = BaseManage()
m2 = BaseManage()
print(m1 is m2)


class SystemManage(BaseManage):
    pass


sm1 = SystemManage()
sm2 = SystemManage()
print(sm1 is sm2)
print(isinstance(sm1, SystemManage), isinstance(sm1, BaseManage))