代码收藏家技术教程 2024-09-23

【Python入门】详解类的基础概念

文章目录

前言

一、创建并使用类

二、使用类和实例

三、继承

四、导入类

五、Python标准库

六、类的编码风格

总结

前言

面向对象编程是现在使用最多的软件编写方法之一。面向对象中最核心的就是类(class)，类用来描述现实世界的事物和情景，我们基于这些类来创建实例对象。类就是这些对象共有的属性和行为的抽象。举个例子——鸟类，鸟类共有的属性如一对翅膀，双爪。共有的行为如飞翔，进食。这样当我们创建一个鸟类的实例对象时，就自动拥有这些属性和行为。

在Python中，类是一种用户定义的数据类型，使用class关键字定义。类定义了一组相关的属性（数据成员）和方法（成员函数），用于描述一类对象的共同特征和行为。通过实例化类，可以创建具有相同特性和行为的具体对象。类支持封装、继承和多态等面向对象编程的核心概念，有助于提高代码的复用性和可维护性。

新手读者朋友暂且先不必关注什么是封装、继承、多态。后面慢慢的结合代码会理解。

一、创建并使用类

创建Student类

我们先来创建一个Student类，文件名为 student.py

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def student_info(self):
        return f"Student(name={self.name}, age={self.age})"

1.类的定义

class Student:

根据这个可以总结出类的定义模板为：

class ClassName

2.构造函数

   def __init__(self, name, age):
       self.name = name
       self.age = age

这个 init()方法是构造函数方法，是Python中类的最基本的默认方法，只能是这个名字，不能自行修改，前后有两个下划线是为了和普通方法做区分。我们自己定义的方法当然也可以使用下划线，但是实在是没有必要，还会引起混淆，分不清Python默认方法还是自定义方法。每个类在实列化时都会自动调用的方法，进行一些初始化的操作，如属性赋值等。构造函数中为当前的实例对象设置两个属性name和age

self是一个指向实例本身的引用，它是每个实例方法的第一个参数。在这个例子中，self代表创建的Student对象。

name和age是传递给构造函数的参数，用于初始化Student对象的属性。

self.name = name 和 self.age = age 分别将传入的name和age值存储为对象的属性。

3.自定义方法

   def student_info(self):
       return f"Student(name={self.name}, age={self.age})"

这个是我们自定义的方法，返回学生信息，比较简单。

重点解释下这个 self 参数，每个方法默认第一个参数就是self，这个是必不可少的参数（除非你不想使用任何参数，那就不必传），并且必须位于其他形参的前面。Python调用_init_()方法时，会自动传入self参数。每个与实列对象相关联的方法，都会自动传递实参self，该实参是一个指向实例本身的引用，让实列能够访问实列中的属性和方法

这个self可以替换成其他的，比如this，但是我们写代码时不要去替换。使用self来表示当前实例的引用是默认的规则，更改反而不利于他人的阅读理解，属于画蛇添足

根据Student类创建一个实例

我们再创建一个test.py文件，在其中引入Student类

from student import Student

my_student = Student(name='John', age=30)

print(f"My name is {my_student.name}")

print(f"My age is {my_student.age}")

代码 **my_student = Student(‘John’, ‘Doe’)**就是Student类实例化的方式，我们传入了两个实参，分别对应方法 _init_(self, name, age)中的后两个参数，第一个self默认自动传入。 _init_()方法会自动返回一个实例，不需要显示的return

1.访问属性

如 my_student.name，my_student.age

实例名.属性名

2.调用方法

from student import Student

my_student = Student(name='John', age=30)

student_info = my_student.student_info()

print(student_info)

如 my_student.student_info()，调用了student_info()方法

实例名.方法名

3.创建多个实例

from student import Student

my_student1 = Student(name='John', age=30)

my_student2 = Student(name='Luke', age=25)

student_info1 = my_student1.student_info()

student_info2 = my_student2.student_info()

print(student_info1)

print(student_info2)

代码中创建了两个实例对象，分别调用了各自的实例方法 student_info

二、使用类和实例

创建Car类

class Car:
    """一次模拟汽车的简单尝试"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整洁的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
        return long_name.title()


my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)

print(my_new_car.get_descriptive_name())

下面是对这段代码的详细解释

类定义

类名：Car

文档字符串：“一次模拟汽车的简单尝试”，用于描述类的功能。

初始化方法 init

参数：

self：代表类的实例，是每个方法的第一个参数。

make：汽车制造商的名字。

model：汽车型号。

year：汽车生产年份。

功能：

初始化汽车的三个属性：制造商、型号和生产年份。

这些属性通过 self.make、self.model 和 self.year 存储在实例中。

方法 get_descriptive_name

功能：

返回一个格式化的字符串，包含汽车的所有信息。

字符串格式为：“YearMakeModel”，其中 Year 是四位数字的年份，Make 和 Model 分别是制造商和型号。

使用 title() 方法将字符串中的单词首字母大写。

创建实例并调用方法

实例化：

创建了一个 Car 类的实例 my_new_car，传入了 “audi”、“a4” 和 2016 作为参数。

调用方法：

通过 my_new_car.get_descriptive_name() 调用了 get_descriptive_name 方法。

输出结果：“2016AudiA4”，其中每个单词的首字母都被大写了。

给属性指定默认值

类中的每个属性都必须有初始值，哪怕这个值是0或空字符串。在有些情况下，如设置默认值时，在方法_init_()内指定这种初始值是可行的；如果你对某个属性这样做了，就无需包含为它提供初始值的形参。

class Car:
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        # 设置初始值里程数 = 0
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        return str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")


my_new_car = Car('audi', 'a4', 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
#读取里程数
my_new_car.read_odometer()

汽车里程odometer_reading的属性被我们指定成0

修改属性的值

可以以三种不同的方式修改属性的值：

直接通过实例进行修改
通过方法进行设置
通过方法进行递增（增加特定的值）

1.直接通过实例进行修改

#设置里程数
my_new_car.odometer_reading = 30
#读取里程数
my_new_car.read_odometer()

调用读取里程数之前，先通过实例修改了属性值

2.通过方法修改属性的值

我们在car.py的Car类下面增加一个方法 update_odometer，用于修改里程值。
update_odometer()在修改属性前检查指定的读数是否合理。如果新指定的里程(mileage)大于或等于原来的里程(self.odometer_reading)，就将里程表读数改为新指定的里程；否则就发出警告，指出不能将里程表往回拨。

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("you can't roll back an odometer!")

接着调用方法，设置属性

#设置里程数
my_new_car.update_odometer(46)
#读取里程数
my_new_car.read_odometer()

控制台打印结果如下

This car has 46 miles on it.

3.通过方法让属性值递增
有时，我们需要对属性值进行递增操作，而不是完全替换，再提供一个递增方法

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles

递增调用的代码如下

#增加里程数
my_new_car.increment_odometer(10)
#读取里程数
my_new_car.read_odometer()

#增加里程数
my_new_car.increment_odometer(20)
#读取里程数
my_new_car.read_odometer()

打印结果如下

上述方法实际开发中，我们需要做好权限和风险控制，防止出现意外结果

三、继承

继承这个概念比较容易理解，并不是Python语言独有的，是面向对象编程思想的核心概念之一。从字面上来看，就是类属性和方法的复用，创建一个类继承另外一个类，那么这个类便拥有了继承那个类的属性和方法。创建的这个类叫子类，继承的类叫父类。子类继承了其父类的所有属性和方法，同时还可以定义自己的属性和方法。

子类中的__init__()方法

class Car:
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        # 设置初始值里程数 = 0
        self.odometer_reading = 0

    def get_descriptive_name(self):
        return str(self.year) + ' ' + self.make + ' ' + self.model
    def read_odometer(self):
        """打印一条指出汽车里程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """将里程表读数设置为指定的值"""
        if mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("you can't roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """将里程表读数增加指定的量"""
        self.odometer_reading += miles


"""
继承
"""
class ElectricCar(Car):
    """电动汽车的独特之处"""
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化父类的属性"""
        super().__init__(make, model, year)


my_electric_car = ElectricCar('tesla', 'model s', 2016)
print(my_electric_car.get_descriptive_name())

class ElectricCar(Car)这种写法就是ElectricCar类继承自Car类，创建子类时，必须引入父类的代码。笔者这里是把父类和子类写在一个模块文件里了，如果父类是在一个单独的模块中，比如car.py，则需要引入，具体如下

子类继承父类的所有属性和方法，代码运行结果如下

重写父类中的方法

对于父类的方法，只要它不符合子类模拟的实物的行为，都可对其进行重写。为此，可在子类中定义一个这样的方法，即它与要重写的父类方法同名。这样，Python将不会考虑这个父类方法，而只关注你在子类中定义的相应方法。

父类代码如下

class Car:
    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽车的属性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        # 设置初始值里程数 = 0
        self.odometer_reading = 0

    def fill_gas_tank(self):
        return "跑的里程数为:"+str(self.odometer_reading)

在子类所在模块中定义一个同名的方法，要求参数个数、类型、顺序都要和父类保持一致。可选参数必须放在最后，子类可以省略可选参数。

把实例用作属性

在 Python 中，可以将一个类的实例作为另一个类的属性。这种做法允许你将不同类的对象组合在一起，形成更复杂的数据结构。

假设我们有两个类：Address 和 Person。我们将创建一个 Address 实例，并将其作为 Person 类的一个属性。

定义 Address 类

class Address:
    def __init__(self, street, city, state, zip_code):
        self.street = street
        self.city = city
        self.state = state
        self.zip_code = zip_code

    def display_address(self):
        return f"{self.street}, {self.city}, {self.state} {self.zip_code}"

定义 Person 类

class Person:
    def __init__(self, name, age, address):
        self.name = name
        self.age = age
        self.address = address  # 将 Address 类的实例作为属性

    def display_person_info(self):
        return f"Name: {self.name}, Age: {self.age}, Address: {self.address.display_address()}"

调用代码示例如下

# 创建 Address 实例
address = Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345")

# 创建 Person 实例，并传入 Address 实例作为属性
person = Person("Alice", 30, address)

# 显示 Person 的信息
print(person.display_person_info())

以上示例中创建了一个Address类的实例，并作为属性传递给Person类

运行结果如下

笔者把这些代码都放在了一个模块中

四、导入类

实际开发场景是复杂的，我们不可能把所有逻辑都写在一个模块中，更不能写在一个类中。我们要考虑可维护性、可复用性。这就要求我们要合理的划分模块，建立类。不过这种只有经过大量的实战项目，代码练习才能具备相当的经验。目前我们只需要掌握以下内容即可。

导入单个类

首先新建一个address.py文件，其中代码如下

class Address:
    def __init__(self, street, city, state, zip_code):
        self.street = street
        self.city = city
        self.state = state
        self.zip_code = zip_code

    def display_address(self):
        return f"{self.street}, {self.city}, {self.state} {self.zip_code}"

再新建一个my_address.py文件，在这个文件中引入address.py中的Address类，实例化是一个对象my_address ，打印地址信息

from address import Address

my_address = Address("123 Main St", "Any town", "CA", "12345")

address_info = my_address.display_address()

print(address_info)

在一个模块中存储多个类

先建立一个player_characters.py文件，在其中新建几个不同游戏玩家角色的类Warrior、Mage、Archer

class Warrior:
    def __init__(self, name, strength=80, health=100):
        self.name = name
        self.strength = strength
        self.health = health

    def attack(self):
        return f"{self.name} attacks with a strength of {self.strength}!"

    def get_health(self):
        return f"{self.name}'s health is {self.health}."


class Mage:
    def __init__(self, name, intelligence=70, mana=120):
        self.name = name
        self.intelligence = intelligence
        self.mana = mana

    def cast_spell(self):
        return f"{self.name} casts a spell with an intelligence of {self.intelligence}!"

    def get_mana(self):
        return f"{self.name}'s mana is {self.mana}."


class Archer:
    def __init__(self, name, agility=90, arrows=50):
        self.name = name
        self.agility = agility
        self.arrows = arrows

    def shoot_arrow(self):
        if self.arrows > 0:
            self.arrows -= 1
            return f"{self.name} shoots an arrow! Arrows left: {self.arrows}"
        else:
            return f"{self.name} has no more arrows!"

    def get_arrows(self):
        return f"{self.name}'s arrows: {self.arrows}."

从一个模块中导入多个类

再新建一个game.py文件，导入上述player_characters.py文件中的三个类，分别实例化并调用其中的方法

from player_characters import Warrior, Mage, Archer

# 创建角色实例
warrior = Warrior("Thorin")

mage = Mage("Gandalf")

archer = Archer("Pergolas")

# 执行角色的动作
print(warrior.attack())
print(mage.cast_spell())
print(archer.shoot_arrow())
print(archer.shoot_arrow())

# 查看角色的状态
print(warrior.get_health())
print(mage.get_mana())
print(archer.get_arrows())

导入整个模块

笔者这里使用了别名module，不使用也可以，直接使用模块的名称player_characters调用其中的类进行实例化

import player_characters as module

# 创建角色实例
warrior = module.Warrior("Thorin")

mage = module.Mage("Gandalf")

archer = module.Archer("Pergolas")

# 执行角色的动作
print(warrior.attack())
print(mage.cast_spell())
print(archer.shoot_arrow())
print(archer.shoot_arrow())

# 查看角色的状态
print(warrior.get_health())
print(mage.get_mana())
print(archer.get_arrows())

**导入模块中的所有类 **

导入模块中的所有内容的语法如下，本质上没有区别

from player_characters import *

不推荐使用这种导入方式，原因有以下两点

首先，如果只要看一下文件开头的import语句，就能清楚地知道程序使用了哪些类，将大有裨益；但这种导入方式没有明确地指出你使用了模块中的哪些类。这种导入方式还可能引发名称方面的困惑。如果你不小心导入了一个与程序文件中其他东西同名的类，将引发难以诊断的错误。这里之所以介绍这种导入方式，是因为虽然不推荐使用这种方式，但你可能会在别人编写的代码中见到它。

需要从一个模块中导入很多类时，最好导入整个模块，并使用module_name.class_name语法来访问类。这样做时，虽然文件开头并没有列出用到的所有类，但你清楚地知道在程序的哪些地方使用了导入的模块；你还避免了导入模块中的每个类可能引发的名称冲突。

导入模块中少量类使用如下语法

from player_characters import Warrior, Mage, Archer

导入模块中大量类使用如下语法

import player_characters

五、Python标准库

Python标准库是一组模块，安装的Python都包含它。就是官方提供的工具类库，基础库，帮我们封装和实现好了许多复杂又常用的数据结构。

新建一个birthday_calculator.py的文件，这是一个提供计算距离下一个生日天数的工具类，其中使用了datetime、random两个标准库的函数

import datetime
import random


def days_until_birthday(birth_date):
    """
    计算距离下一个生日还有多少天。
    
    参数:
    birth_date (str): 生日日期，格式为 'YYYY-MM-DD'。
    
    返回:
    int: 距离下一个生日的天数。
    """
    today = datetime.date.today()
    next_birthday = datetime.datetime.strptime(birth_date, '%Y-%m-%d').date().replace(year=today.year)
    if next_birthday < today:
        next_birthday = next_birthday.replace(year=today.year + 1)
    return (next_birthday - today).days


def get_random_wish():
    """
    随机选择一条祝福语句。
    
    返回:
    str: 祝福语句。
    """
    wishes = [
        "祝你生日快乐，愿你拥有美好的一年！",
        "希望你的每一个愿望都能实现！",
        "愿你的每一天都充满阳光和笑容！",
        "愿你新的一岁更加精彩！",
        "生日快乐，愿你健康平安！"
    ]
    return random.choice(wishes)

再新建一个main.py文件，代码如下

from birthday_calculator import days_until_birthday, get_random_wish


def main():
    print("欢迎使用生日计算器！")
    birth_date = input("请输入你的生日（格式：YYYY-MM-DD）: ")
    days_until = days_until_birthday(birth_date)
    print(f"距离你的下一个生日还有 {days_until} 天！")
    wish = get_random_wish()
    print(wish)


if __name__ == "__main__":
    main()

六、类的编码风格

在Python中，类的编码风格通常遵循PEP 8规范，这是Python官方推荐的编码风格指南。以下是关于类定义的一些关键编码风格要点：

1. 类名命名：

类名应该使用CapWords（首字母大写）的命名方式，例如 MyClass。

2. 方法名命名：

方法名应该使用小写字母加上下划线 _ 的方式，例如 my_method。

3. 空行：

在类定义之间以及类的外部方法之间使用两个空行。

在类的方法之间使用一个空行。

4. 文档字符串：

类和方法都应该有文档字符串，用三引号括起来，放在类或方法的第一行。

文档字符串应简洁地描述类或方法的目的和功能。

5. 私有成员：

如果一个方法或属性不打算被外部使用，可以使用单下划线 _ 开头来标记为“私有”。

如果是绝对不希望外部访问的，可以使用双下划线 __ 开头，但这不是强制性的。

6. 继承：

继承时，在括号内指定父类名，例如 class Child(Parent):。

7. 初始化方法：

类通常会有一个初始化方法 init，用于设置实例变量。

8. 方法参数：

第一个参数通常是 self，代表实例本身。

其他参数按照逻辑顺序排列。

9. 代码缩进：

使用4个空格进行缩进，而不是制表符。

简单示例代码如下，我们实际开发中需要遵循这些规则，不要擅自自创规则，使得代码可读性很差。

class MyClass:
    """这是一个简单的类示例。"""

    def __init__(self, name):
        """初始化方法。

        参数:
            name (str): 实例的名字。
        """
        self.name = name

    def say_hello(self):
        """打印问候消息。"""
        print(f"Hello, {self.name}!")