前言

最近在学习深度学习，已经跑出了几个模型，但Pyhton的基础不够扎实，因此，开始补习Python了，大家都推荐廖雪峰的课程，因此，开始了学习，但光学有没有用，还要和大家讨论一下，因此，写下这些帖子，廖雪峰的课程连接在这里：廖雪峰
Python的相关介绍，以及它的历史故事和运行机制，可以参见这篇：python介绍
Python的安装可以参见这篇：Python安装
Python的运行模式以及输入输出可以参见这篇：Python IO
Python的基础概念介绍，可以参见这篇：Python 基础
Python字符串和编码的介绍，可以参见这篇：Python字符串与编码
Python基本数据结构：list和tuple介绍，可以参见这篇：Python list和tuple
Python控制语句介绍：ifelse，可以参见这篇：Python 条件判断
Python控制语句介绍：循环实现，可以参见这篇：Python循环语句
Python数据结构：dict和set介绍Python数据结构dict和set
Python函数相关：Python函数
Python高阶特性：Python高级特性
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Python面向对象编程（1）：Python面向对象
Python面向对象编程（2）：Python面向对象（2）
Python面向对象编程（3）：Python面向对象（3）
Python面向对象编程（4）：Pyhton面向对象（4）
目录：

前言
面向对象高级编程
使用slots
使用@property
多重继承
- MixIn
- 小结

面向对象高级编程

数据封装、继承和多态只是面向对象程序设计中最基础的3个概念。在Python中，面向对象还有很多高级特性，允许我们写出非常强大的功能。
我们会讨论多重继承、定制类、元类等概念。

使用slots

正常情况下，当我们定义了一个class，创建了一个class的实例后，我们可以给该实例绑定任何属性和方法，这就是动态语言的灵活性。先定义class：

class Student(object):pass

然后，尝试给实例绑定一个属性：

>>> s = Student()
>>> s.name = 'Mike' # 动态给实例绑定一个属性
>>> print(s.name)
Mike

还可以尝试给实例绑定一个方法：

>>> def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法
...     self.age = age
...
>>> from types import MethodType
>>> s.set_age = MethodType(set_age, s) # 给实例绑定一个方法
>>> s.set_age(25) # 调用实例方法
>>> s.age # 测试结果
25

但是，给一个实例绑定的方法，对另一个实例是不起作用的：
对于实例，方法私有

>>> s2 = Student() # 创建新的实例
>>> s2.set_age(25) # 尝试调用方法
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'set_age'

为了给所有实例都绑定方法，可以给class绑定方法：

>>> def set_score(self, score):
...     self.score = score
...
>>> Student.set_score = set_score

给class绑定方法后，所有实例均可调用：

>>> s.set_score(100)
>>> s.score
100
>>> s2.set_score(99)
>>> s2.score
99

通常情况下，上面的set_score方法可以直接定义在class中，但动态绑定允许我们在程序运行的过程中动态给class加上功能，这在静态语言中很难实现。

使用__slots__

但是，如果我们想要限制实例的属性怎么办？比如，只允许对Student实例添加name和age属性。

为了达到限制的目的，Python允许在定义class的时候，定义一个特殊的_slots_变量，来限制该class实例能添加的属性：

class Student(object):__slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称

然后，我们试试：

>>> s = Student() # 创建新的实例
>>> s.name = 'Michael' # 绑定属性'name'
>>> s.age = 25 # 绑定属性'age'
>>> s.score = 99 # 绑定属性'score'
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

由于’score’没有被放到slots中，所以不能绑定score属性，试图绑定score将得到AttributeError的错误。
如果加入了方法，比如

def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法self.age = age

虽然没有增加，age这个属性，但因为有了set_age方法，还是会增加age这个属性。
使用slots要注意，slots定义限制属性仅对当前类实例起作用，对继承的子类是不起作用的：

>>> class GraduateStudent(Student):
...     pass
...
>>> g = GraduateStudent()
>>> g.score = 9999

除非在子类中也定义_slots_，这样，子类实例允许定义的属性就是自身的_slots_加上父类的_slots_

使用@property

在绑定属性时，如果我们直接把属性暴露出去，虽然写起来很简单，但是，没办法检查参数，导致可以把成绩随便改：

s = Student()
s.score = 9999

这显然不合逻辑。为了限制score的范围，可以通过一个set_score()方法来设置成绩，再通过一个get_score()来获取成绩，这样，在set_score()方法里，就可以检查参数：

class Student(object):def get_score(self):return self._scoredef set_score(self, value):if not isinstance(value, int):raise ValueError('score must be an integer!')if value < 0 or value > 100:raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')self._score = value现在，对任意的Student实例进行操作，就不能随心所欲地设置score了：>>> s = Student()
>>> s.set_score(60) # ok!
>>> s.get_score()
60
>>> s.set_score(9999)
Traceback (most recent call last):...
ValueError: score must between 0 ~ 100!

但是，上面的调用方法又略显复杂，没有直接用属性这么直接简单。
有没有既能检查参数，又可以用类似属性这样简单的方式来访问类的变量呢？对于追求完美的Python程序员来说，这是必须要做到的！
还记得装饰器（decorator）可以给函数动态加上功能吗？对于类的方法，装饰器一样起作用。Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的：

class Student(object):@propertydef score(self):return self._score@score.setterdef score(self, value):if not isinstance(value, int):raise ValueError('score must be an integer!')if value < 0 or value > 100:raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')self._score = value

@property的实现比较复杂，我们先考察如何使用。把一个getter方法变成属性，只需要加上@property就可以了，此时，@property本身又创建了另一个装饰器@score.setter，负责把一个setter方法变成属性赋值，于是，我们就拥有一个可控的属性操作：

>>> s = Student()
>>> s.score = 60 # OK，实际转化为s.set_score(60)
>>> s.score # OK，实际转化为s.get_score()
60
>>> s.score = 9999
Traceback (most recent call last):...
ValueError: score must between 0 ~ 100!

注意到这个神奇的@property，我们在对实例属性操作的时候，就知道该属性很可能不是直接暴露的，而是通过getter和setter方法来实现的。
这个@property实现了一个非常重要的功能，根据操作动态实现了不同的函数，函数对人是一样的，但程序对其进行了分类，实现了智能操作。
还可以定义只读属性，只定义getter方法，不定义setter方法就是一个只读属性：

class Student(object):@propertydef birth(self):return self._birth@birth.setterdef birth(self, value):self._birth = value@propertydef 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。
小结
@property广泛应用在类的定义中，可以让调用者写出简短的代码，同时保证对参数进行必要的检查，这样，程序运行时就减少了出错的可能性。

多重继承

继承是面向对象编程的一个重要的方式，因为通过继承，子类就可以扩展父类的功能。
在对一个实体进行分类的时候，会有各种判断标准，如果把每个标准都用上，类的设计就太麻烦了，因此，我们可以实现一个多重继承，主分类和特定属性分类。
回忆一下Animal类层次的设计，假设我们要实现以下4种动物：

    Dog - 狗狗；Bat - 蝙蝠；Parrot - 鹦鹉；Ostrich - 鸵鸟。

如果按照哺乳动物和鸟类归类，我们可以设计出这样的类的层次：

                ┌───────────────┐│    Animal     │└───────────────┘│┌────────────┴────────────┐│                         │▼                         ▼┌─────────────┐           ┌─────────────┐│   Mammal    │           │    Bird     │└─────────────┘           └─────────────┘│                         │┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐│            │            │            │▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │   Bat   │  │ Parrot  │  │ Ostrich │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

但是如果按照“能跑”和“能飞”来归类，我们就应该设计出这样的类的层次：

                ┌───────────────┐│    Animal     │└───────────────┘│┌────────────┴────────────┐│                         │▼                         ▼┌─────────────┐           ┌─────────────┐│  Runnable   │           │   Flyable   │└─────────────┘           └─────────────┘│                         │┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐│            │            │            │▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │ Ostrich │  │ Parrot  │  │   Bat   │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

如果要把上面的两种分类都包含进来，我们就得设计更多的层次：

哺乳类：能跑的哺乳类，能飞的哺乳类；
鸟类：能跑的鸟类，能飞的鸟类。

这么一来，类的层次就复杂了：

                ┌───────────────┐│    Animal     │└───────────────┘│┌────────────┴────────────┐│                         │▼                         ▼┌─────────────┐           ┌─────────────┐│   Mammal    │           │    Bird     │└─────────────┘           └─────────────┘│                         │┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐│            │            │            │▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│  MRun   │  │  MFly   │  │  BRun   │  │  BFly   │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘│            │            │            ││            │            │            │▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │   Bat   │  │ Ostrich │  │ Parrot  │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

如果要再增加“宠物类”和“非宠物类”，这么搞下去，类的数量会呈指数增长，很明显这样设计是不行的。

正确的做法是采用多重继承。首先，主要的类层次仍按照哺乳类和鸟类设计：

class Animal(object):pass# 大类:
class Mammal(Animal):passclass Bird(Animal):pass# 各种动物:
class Dog(Mammal):passclass Bat(Mammal):passclass Parrot(Bird):passclass Ostrich(Bird):pass

现在，我们要给动物再加上Runnable和Flyable的功能，只需要先定义好Runnable和Flyable的类：

class Runnable(object):def run(self):print('Running...')class Flyable(object):def fly(self):print('Flying...')

对于需要Runnable功能的动物，就多继承一个Runnable，例如Dog：

class Dog(Mammal, Runnable):pass

对于需要Flyable功能的动物，就多继承一个Flyable，例如Bat：

class Bat(Mammal, Flyable):pass

通过多重继承，一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。

MixIn

在设计类的继承关系时，通常，主线都是单一继承下来的，例如，Ostrich继承自Bird。但是，如果需要“混入”额外的功能，通过多重继承就可以实现，比如，让Ostrich除了继承自Bird外，再同时继承Runnable。这种设计通常称之为MixIn。

为了更好地看出继承关系，我们把Runnable和Flyable改为RunnableMixIn和FlyableMixIn。类似的，你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixIn和植食动物HerbivoresMixIn，让某个动物同时拥有好几个MixIn：

class Dog(Mammal, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn):pass

MixIn的目的就是给一个类增加多个功能，这样，在设计类的时候，我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能，而不是设计多层次的复杂的继承关系。

Python自带的很多库也使用了MixIn。举个例子，Python自带了TCPServer和UDPServer这两类网络服务，而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型，这两种模型由ForkingMixIn和ThreadingMixIn提供。通过组合，我们就可以创造出合适的服务来。

比如，编写一个多进程模式的TCP服务，定义如下：

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):pass

编写一个多线程模式的UDP服务，定义如下：

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn):pass

如果你打算搞一个更先进的协程模型，可以编写一个CoroutineMixIn：

class MyTCPServer(TCPServer, CoroutineMixIn):pass

这样一来，我们不需要复杂而庞大的继承链，只要选择组合不同的类的功能，就可以快速构造出所需的子类。

小结

由于Python允许使用多重继承，因此，MixIn就是一种常见的设计。
只允许单一继承的语言（如Java）不能使用MixIn的设计。

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