Python学习手册--第六部分(类)

面向对象编程是最有效的软件编写方法之一。在面向对象编程中，你编写表示现实世界中的事物和情景的类，并基于这些类来创建对象。编写类时，你定义一大类对象都有的通用行为。基于类创建对象时，每个对象都自动具备这种通用行为，然后可根据需要赋予每个对象独特的个性。使用面向对象编程可模拟现实情景，其逼真程度达到了令你惊讶的地步。
根据类来创建对象被称为实例化，这让你能够使用类的实例。在本章中，你将编写一些类并创建其实例。你将指定可在实例中存储什么信息，定义可对这些实例执行哪些操作。你还将编写一些类来扩展既有类的功能，让相似的类能够高效地共享代码。你将把自己编写的类存储在模块中，并在自己的程序文件中导入其他程序员编写的类。
理解面向对象编程有助于你像程序员那样看世界，还可以帮助你真正明白自己编写的代码：不仅是各行代码的作用，还有代码背后更宏大的概念。了解类背后的概念可培养逻辑思维，让你能够通过编写程序来解决遇到的几乎任何问题。

创建和使用类

使用类几乎可以模拟任何东西，下面我们来举个例子：

创建Person类

class Person():def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef eat(self):print(self.name.title() + '现在在吃饭')def sleep(self):print(self.name.title() + '现在在睡觉')

这里需要注意的东西很多，我们来一一介绍。

方法_init_()

类中的函数称为方法，你前面学习的函数都可以叫方法。但千万注意了，init()这个方法是非常特殊的，每当你创建Person类的实例时，Python会自动运行它。在这个方法中，开头和末尾都有一个下划线，这是一种约定，是不可以省略的。
我们在该方法中定义了三个形参：self、name、age，形参self必不可少，还必须位于其它形参的前面，为何必须在方法中定义形参self呢?因为Python调用这个方法来创建Person时，将自动传入实参self，每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self，它是一个指向实例本身的引用，让实例能够访问类中的属性和方法。我们创建Person实例时，Python将调用_init_()方法，我们将通过实参向Person()传递名字和年龄，self会自动传递，因此我们不需要传递它，也就是说，我们只需要传递两个实参即可。

class Person():def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef eat(self):print(self.name.title() + '现在在吃饭')def sleep(self):print(self.name.title() + '现在在睡觉')person = Person('张三', 20)
print(person.name)
print(person.age)

在上述程序段中，我们创建了一个Person的实例，并将张三和20作为实参进行传递，此时Python使用实参张三和20调用Person类中的_init_()，该方法通过我们传递过去的参数创建了一个Person类的实例，并使用我们提供的值来设置属性name和age。方法 init()并未显式地包含return语句，但Python会自动返回一个表示这个人的实例。

访问属性

要访问属性，很简单，创建了实例之后，通过句点表示法调用。

person.name
persn.age

调用方法

调用方法也是一样的，使用句点表示法即可。

person.eat()
person.sleep()

使用类和实例

你可以使用类来模拟现实世界中的很多情景。类编写好后，你的大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上。你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性，也可以编写方法以特定的方式进行修改。
下面来编写一个表示手机的类，它存储了有关手机的信息，还有一个汇总这些信息的方法。

class Phone():def __init__(self, color, money, year):self.color = colorself.money = moneyself.year = yeardef get_phone_info(self):""" 返回描述信息"""info = '颜色:' + self.color + ',价格:' + self.money + ',出厂日期:' + str(self.year)return infophone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)

第二次来看这个类应该很简单了吧，不多说了。

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。
下面来添加一个名为use_time的属性，其初始值总是为0，我们还添加一个名为read_use_time的方法，用户读取手机的使用时间。

class Phone():def __init__(self, color, money, year):self.color = colorself.money = moneyself.year = yearself.use_time = 0def read_use_time(self):print('手机使用时间:' + str(self.use_time))def get_phone_info(self):""" 返回描述信息"""info = '颜色:' + self.color + ',价格:' + self.money + ',出厂日期:' + str(self.year)return infophone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.read_use_time()

运行程序，控制台输出手机使用时间为0，在现实生活中，出售时手机使用时间为0的手机可不多，因此我们需要一个修改该属性的值得途径。

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）。下面依次介绍这些方法。

直接修改属性的值

要修改属性的值，最简单的方法就是通过实例直接访问它。

class Phone():......phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.use_time = 10
phone.read_use_time()

通过方法修改属性的值

如果有替你更新属性的方法，将大有裨益。这样，你就无需直接访问属性，而可将值传递给一个方法，由它在内部进行更新。

class Phone():......def update_use_time(self, use_time):self.use_time = use_time......phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.update_use_time(10)
phone.read_use_time()

通过方法对属性的值进行递增

有时候需要将属性值递增特定的量，而不是将其设置为全新的值。

class Phone():......def increment_use_time(self, time):self.use_time += time......phone = Phone('red', '5000', 2019)
info = phone.get_phone_info()
print(info)
phone.increment_use_time(10)
phone.read_use_time()

继承

编写类时，并非总是要从空白开始。如果你要编写的类是另一个现成类的特殊版本，可使用继承。一个类继承另一个类时，它将自动获得另一个类的所有属性和方法；原有的类称为父类，而新类称为子类。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。

子类的方法init()

创建子类的实例时，Python首先需要完成的任务是给父类的所有属性赋值，为此，子类的方法_init_()需要父类施以援手。

class Animal():def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef eat(self):print(self.name + '会吃饭')def sleep(self):print(self.name + '会睡觉')class Dog(Animal):def __init__(self, name, age):# 初始化父类属性super().__init__(name, age)def arithmetic(self):print(self.name + '会算术')dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())

首先是Animal类的代码。创建子类时，父类必须包含在当前文件中，且位于子类前面。接下来我们定义了Dog类，定义子类时，必须在括号内指定父类的名称，方法_init_()接收创建Animal所需的参数。
子类中的super()是一个特殊的函数，帮助Python将父类和子类关联起来，这行代码让Python调用Animal的父类的方法_init_()方法，让Animal实例包含父类的所有属性。父类也称为超类，名称super因此而得名。

给子类定义属性和方法

让一个类继承另一个类之后，可添加区分子类和父类所需的新属性和方法。
下面来添加一个狗特有的属性，以及一个描述该属性的方法。

class Animal():def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef eat(self):print(self.name + '会吃饭')def sleep(self):print(self.name + '会睡觉')class Dog(Animal):def __init__(self, name, age):# 初始化父类属性super().__init__(name, age)self.food = 'bone'def describe_food(self):print('狗的食物是' + self.food)def arithmetic(self):print(self.name + '会算术')dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())
print(dog.describe_food())

重写父类的方法

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。
假如有这样一个品种的狗，它很神奇，从来不用睡觉，那么Animal类的sleep()对它来说就毫无意义，因此你可能想重写它。

class Animal():......class Dog(Animal):......def sleep(self):print(self.name + '从来不睡觉')dog = Dog('John', 20)
print(dog.eat())
print(dog.sleep())
print(dog.arithmetic())
print(dog.describe_food())

现在，如果有人对Dog类调用方法sleep() ，Python将忽略Animal类中的方法sleep() ，转而运行上述代码。使用继承时，可让子类保留从父类那里继承而来的精华，并剔除不需要的糟粕。

将实例用作属性

使用代码模拟实物时，你可能会发现自己给类添加的细节越来越多：属性和方法清单以及文件都越来越长。在这种情况下，可能需要将类的一部分作为一个独立的类提取出来。你可以将大型类拆分成多个协同工作的小类。
例如，我们在不断给Dog类添加细节时会发现，其中很多属性都是用来描述一只狗的外观的，在这种情况下，我们可以将这些属性和方法提取出来，放到另一个名为Appearance的类中，并将Appearance的实例用作Dog类的一个属性。

class Animal():def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef eat(self):print(self.name + '会吃饭')def sleep(self):print(self.name + '会睡觉')class Appearance():def __init__(self, color='black', height='50'):self.color = colorself.height = heightclass Dog(Animal):def __init__(self, name, age):# 初始化父类属性super().__init__(name, age)self.appearance = Appearance()def describe_food(self):print('狗的食物是' + self.food)def arithmetic(self):print(self.name + '会算术')def sleep(self):print(self.name + '从来不睡觉')dog = Dog('John', 20)
print(dog.appearance.color)
print(dog.appearance.height)

导入类

随着你不断地给类添加功能，文件可能变得很长，即便你妥善地使用了继承亦如此。为遵循Python的总体理念，应让文件尽可能整洁。为在这方面提供帮助，Python允许你将类存储在模块中，然后在主程序中导入所需的模块。

from animal import Animalanimal = Animal('John', 20)
print(animal.name)
print(animal.age)

这跟导入模块的语法是一样的，所以不作过多赘述。

Python标准库

Python标准库是一组模块，安装的Python都包含它。你现在对类的工作原理已有大致的了解，可以开始使用其他程序员编写好的模块了。可使用标准库中的任何函数和类，为此，只需在程序开头包含一条简单的import 语句。下面来看模块collections 中的一个类——OrderedDict 。
字典让你能够将信息关联起来，但它们不记录你添加键—值对的顺序。要创建字典并记录其中的键—值对的添加顺序，可使用模块collections 中的OrderedDict 类。OrderedDict 实例的行为几乎与字典相同，区别只在于记录了键—值对的添加顺序。

from collections import OrderedDictfavorite_fruit = OrderedDict()favorite_fruit['zhangsan'] = 'apple'
favorite_fruit['lisi'] = 'banana'
favorite_fruit['wangwu'] = 'pear'for name, fruit in favorite_fruit.items():print(name + '最喜欢的水果是' + fruit)

我们首先从collections中导入了OrderedDict类，然后创建了OrderedDict的实例，并将其保存到了favorite_fruit变量中，这局代码的作用是创建了一个空的有序字典，接下来，我们以每次一对的方式添加键值对，并遍历字典。
这是一个很不错的类，它兼具列表和字典的主要优点（在将信息关联起来的同时保留原来的顺序）。等你开始对关心的现实情形建模时，可能会发现有序字典正好能够满足需求。随着你对标准库的了解越来越深入，将熟悉大量可帮助你处理常见情形的模块。