Python学习入门基础 — 第六章 面向对象基础

Python学习入门基础 -- 第六章 面向对象基础
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Python基础入门知识点总结传送门

第一章 认识Python、Python常用集成开发环境PyCharm

第二章 注释、变量基本使用、变量的命名

第三章 运算符、判断if语句、while和for循环

第四章 列表、元组、字典、字符串变量使用、变量进阶

第五章 函数基础、函数进阶

第六章 面向对象基础

第七章 面向对象三大特性、单例设计模式

第八章 文件读写操作、模块和包、异常

一、面向对象(OOP)基本概念

面向对象编程 —— Object Oriented Programming 简写 OOP

01. 面向对象基本概念

  • 我们之前学习的编程方式就是 面向过程
  • 面向过程面向对象,是两种不同的 编程方式
  • 对比 面向过程 的特点,可以更好地了解什么是 面向对象

1.1 过程和函数

  • 过程 是早期的一个编程概念
  • 过程 类似于函数,只能执行,但是没有返回值
  • 函数 不仅能执行,还可以返回结果

1.2 面向过程 和 面向对象 基本概念

1) 面向过程 —— 怎么做

  1. 把完成某一个需求的 所有步骤 从头到尾 逐步实现
  2. 根据开发需求,将某些 功能独立 的代码 封装 成一个又一个 函数
  3. 最后完成的代码,就是顺序地调用 不同的函数

特点

  1. 注重 步骤与过程,不注重职责分工
  2. 如果需求复杂,代码会变得很复杂
  3. 开发复杂项目,没有固定的套路,开发难度很大!

2) 面向对象 —— 谁来做

相比较函数,面向对象更大封装,根据 职责一个对象中 封装 多个方法

  1. 在完成某一个需求前,首先确定 职责 —— 要做的事情(方法)
  2. 根据 职责 确定不同的 对象,在 对象 内部封装不同的 方法(多个)
  3. 最后完成的代码,就是顺序地让 不同的对象 调用 不同的方法

特点

  1. 注重 对象和职责,不同的对象承担不同的职责
  2. 更加适合应对复杂的需求变化,是专门应对复杂项目开发,提供的固定套路
  3. 需要在面向过程基础上,再学习一些面向对象的语法

二、类和对象

  • 类和对象的概念
  • 类和对象的关系
  • 类的设计

01. 类和对象的概念

对象面向对象编程的 两个 核心概念

1.1 类

  • 是对一群具有 相同 特征 或者 行为 的事物的一个统称,是抽象的,不能直接使用
    • 特征 被称为 属性
    • 行为 被称为 方法
  • 就相当于制造飞机时的图纸,是一个 模板,是 负责创建对象的

1.2 对象

  • 对象由类创建出来的一个具体存在,可以直接使用
  • 哪一个类 创建出来的 对象,就拥有在 哪一个类 中定义的:
    • 属性
    • 方法
  • 对象 就相当于用 图纸 制造 的飞机

在程序开发中,应该 先有类,再有对象

02. 类和对象的关系

  • 类是模板对象 是根据 这个模板创建出来的,应该 先有类,再有对象
  • 只有一个,而 对象 可以有很多个
    • 不同的对象 之间 属性 可能会各不相同
  • 中定义了什么 属性和方法对象 中就有什么属性和方法,不可能多,也不可能少

03. 类的设计

在使用面相对象开发前,应该首先分析需求,确定一下,程序中需要包含哪些类!

在程序开发中,要设计一个类,通常需要满足一下三个要素:

  1. 类名 这类事物的名字,满足大驼峰命名法
  2. 属性 这类事物具有什么样的特征
  3. 方法 这类事物具有什么样的行为

大驼峰命名法

CapWords

  1. 每一个单词的首字母大写
  2. 单词与单词之间没有下划线

3.1 类名的确定

名词提炼法 分析 整个业务流程,出现的 名词,通常就是找到的类

3.2 属性和方法的确定

  • 对象的特征描述,通常可以定义成 属性
  • 对象具有的行为(动词),通常可以定义成 方法

提示:需求中没有涉及的属性或者方法在设计类时,不需要考虑

三、面向对象基础语法

  • dir 内置函数
  • 定义简单的类(只包含方法)
  • 方法中的 self 参数
  • 初始化方法
  • 内置方法和属性

01. dir 内置函数

  • Python对象几乎是无所不在的,我们之前学习的 变量数据函数 都是对象

Python 中可以使用以下两个方法验证:

  1. 标识符 / 数据 后输入一个 .,然后按下 TAB 键,iPython 会提示该对象能够调用的 方法列表
  2. 使用内置函数 dir 传入 标识符 / 数据,可以查看对象内的 所有属性及方法

提示 __方法名__ 格式的方法是 Python 提供的 内置方法 / 属性,稍后会介绍一些常用的 内置方法 / 属性

序号 方法名 类型 作用
01 __new__ 方法 创建对象时,会被 自动 调用
02 __init__ 方法 对象被初始化时,会被 自动 调用
03 __del__ 方法 对象被从内存中销毁前,会被 自动 调用
04 __str__ 方法 返回对象的描述信息print 函数输出使用

提示 利用好 dir() 函数,在学习时很多内容就不需要死记硬背了

02. 定义简单的类(只包含方法)

面向对象更大封装,在 一个类中 封装 多个方法,这样 通过这个类创建出来的对象,就可以直接调用这些方法了

2.1 定义只包含方法的类

  • Python 中要定义一个只包含方法的类,语法格式如下:
class 类名:

    def 方法1(self, 参数列表):
        pass
    
    def 方法2(self, 参数列表):
        pass
  • 方法 的定义格式和之前学习过的函数 几乎一样
  • 区别在于第一个参数必须是 self,大家暂时先记住,稍后介绍 self

注意:类名 的 命名规则 要符合 大驼峰命名法

2.2 创建对象

  • 当一个类定义完成之后,要使用这个类来创建对象,语法格式如下:
对象变量 = 类名()

2.3 第一个面向对象程序

需求

  • 小猫 鱼,小猫

分析

  1. 定义一个猫类 Cat
  2. 定义两个方法 eatdrink
  3. 按照需求 —— 不需要定义属性
class Cat:
    """这是一个猫类"""

    def eat(self):
        print("小猫爱吃鱼")

    def drink(self):
        print("小猫在喝水")

tom = Cat()
tom.drink()
tom.eat()

引用概念的强调

在面向对象开发中,引用的概念是同样适用的!

  • Python 中使用类 创建对象之后tom 变量中 仍然记录的是 对象在内存中的地址
  • 也就是 tom 变量 引用新建的猫对象
  • 使用 print 输出 对象变量,默认情况下,是能够输出这个变量 引用的对象由哪一个类创建的对象,以及 在内存中的地址十六进制表示

提示:在计算机中,通常使用 十六进制 表示 内存地址

  • 十进制十六进制 都是用来表达数字的,只是表示的方式不一样
  • 十进制十六进制 的数字之间可以来回转换
  • %d 可以以 10 进制 输出数字
  • %x 可以以 16 进制 输出数字

案例进阶 —— 使用 Cat 类再创建一个对象

lazy_cat = Cat()
lazy_cat.eat()
lazy_cat.drink()

提问:tomlazy_cat 是同一个对象吗?

03. 方法中的 self 参数

3.1 案例改造 —— 给对象增加属性

  • Python 中,要 给对象设置属性,非常的容易,但是不推荐使用
    • 因为:对象属性的封装应该封装在类的内部
  • 只需要在 类的外部的代码 中直接通过 . 设置一个属性即可

注意:这种方式虽然简单,但是不推荐使用!

tom.name = "Tom"
...

lazy_cat.name = "大懒猫"

3.2 使用 self 在方法内部输出每一只猫的名字

哪一个对象 调用的方法,方法内的 self 就是 哪一个对象的引用

  • 在类封装的方法内部,self 就表示 当前调用方法的对象自己
  • 调用方法时,程序员不需要传递 self 参数
  • 在方法内部
    • 可以通过 self. 访问对象的属性
    • 也可以通过 self. 调用其他的对象方法
  • 改造代码如下:
class Cat:

    def eat(self):
        print("%s 爱吃鱼" % self.name)

tom = Cat()
tom.name = "Tom"
tom.eat()

lazy_cat = Cat()
lazy_cat.name = "大懒猫"
lazy_cat.eat()

在这里插入图片描述

  • 类的外部,通过 变量名. 访问对象的 属性和方法
  • 类封装的方法中,通过 self. 访问对象的 属性和方法

04. 初始化方法

4.1 之前代码存在的问题 —— 在类的外部给对象增加属性

  • 将案例代码进行调整,先调用方法 再设置属性,观察一下执行效果
tom = Cat()
tom.drink()
tom.eat()
tom.name = "Tom"
print(tom)
  • 程序执行报错如下:
AttributeError: 'Cat' object has no attribute 'name'
属性错误:'Cat' 对象没有 'name' 属性

提示

  • 在日常开发中,不推荐在 类的外部 给对象增加属性
    • 如果在运行时,没有找到属性,程序会报错
  • 对象应该包含有哪些属性,应该 封装在类的内部

4.2 初始化方法

  • 当使用 类名() 创建对象时,会 自动 执行以下操作:
    1. 为对象在内存中 分配空间 —— 创建对象
    2. 为对象的属性 设置初始值 —— 初始化方法(init)
  • 这个 初始化方法 就是 __init__ 方法,__init__ 是对象的内置方法

__init__ 方法是 专门 用来定义一个类 具有哪些属性的方法

Cat 中增加 __init__ 方法,验证该方法在创建对象时会被自动调用

class Cat:
    """这是一个猫类"""

    def __init__(self):
        print("初始化方法")

4.3 在初始化方法内部定义属性

  • __init__ 方法内部使用 self.属性名 = 属性的初始值 就可以 定义属性
  • 定义属性之后,再使用 Cat 类创建的对象,都会拥有该属性
class Cat:

    def __init__(self):

        print("这是一个初始化方法")
        
        # 定义用 Cat 类创建的猫对象都有一个 name 的属性
        self.name = "Tom"

    def eat(self):
        print("%s 爱吃鱼" % self.name)

# 使用类名()创建对象的时候,会自动调用初始化方法 __init__
tom = Cat()

tom.eat()

4.4 改造初始化方法 —— 初始化的同时设置初始值

  • 在开发中,如果希望在 创建对象的同时,就设置对象的属性,可以对 __init__ 方法进行 改造
    1. 把希望设置的属性值,定义成 __init__ 方法的参数
    2. 在方法内部使用 self.属性 = 形参 接收外部传递的参数
    3. 在创建对象时,使用 类名(属性1, 属性2...) 调用
class Cat:

    def __init__(self, name):
        print("初始化方法 %s" % name)
        self.name = name
    ...
    
tom = Cat("Tom")
...

lazy_cat = Cat("大懒猫")
...

05. 内置方法和属性

序号 方法名 类型 作用
01 __del__ 方法 对象被从内存中销毁前,会被 自动 调用
02 __str__ 方法 返回对象的描述信息print 函数输出使用

5.1 __del__ 方法

  • Python

    • 当使用 类名() 创建对象时,为对象 分配完空间后,自动 调用 __init__ 方法
    • 当一个 对象被从内存中销毁 前,会 自动 调用 __del__ 方法
  • 应用场景

    • __init__ 改造初始化方法,可以让创建对象更加灵活
    • __del__ 如果希望在对象被销毁前,再做一些事情,可以考虑一下 __del__ 方法
  • 生命周期

    • 一个对象从调用 类名() 创建,生命周期开始
    • 一个对象的 __del__ 方法一旦被调用,生命周期结束
    • 在对象的生命周期内,可以访问对象属性,或者让对象调用方法
class Cat:

    def __init__(self, new_name):

        self.name = new_name

        print("%s 来了" % self.name)

    def __del__(self):

        print("%s 去了" % self.name)

# tom 是一个全局变量
tom = Cat("Tom")
print(tom.name)

# del 关键字可以删除一个对象
del tom

print("-" * 50)

5.2 __str__ 方法

  • Python 中,使用 print 输出 对象变量,默认情况下,会输出这个变量 引用的对象由哪一个类创建的对象,以及 在内存中的地址十六进制表示
  • 如果在开发中,希望使用 print 输出 对象变量 时,能够打印 自定义的内容,就可以利用 __str__ 这个内置方法了

注意:__str__ 方法必须返回一个字符串

class Cat:

    def __init__(self, new_name):

        self.name = new_name

        print("%s 来了" % self.name)

    def __del__(self):

        print("%s 去了" % self.name)

    def __str__(self):
        return "我是小猫:%s" % self.name

tom = Cat("Tom")
print(tom)

四、私有属性和私有方法

01. 应用场景及定义方式

应用场景

  • 在实际开发中,对象某些属性或方法 可能只希望 在对象的内部被使用,而 不希望在外部被访问到
  • 私有属性 就是 对象 不希望公开的 属性
  • 私有方法 就是 对象 不希望公开的 方法

定义方式

  • 定义属性或方法时,在 属性名或者方法名前 增加 两个下划线,定义的就是 私有 属性或方法

在这里插入图片描述

class Women:

    def __init__(self, name):

        self.name = name
        # 不要问女生的年龄
        self.__age = 18

    def __secret(self):
        print("我的年龄是 %d" % self.__age)


xiaofang = Women("小芳")
# 私有属性,外部不能直接访问
# print(xiaofang.__age)

# 私有方法,外部不能直接调用
# xiaofang.__secret()

五、类属性和类方法

  • 类的结构
  • 类属性和实例属性
  • 类方法和静态方法

01. 类的结构

1.1 术语 —— 实例

  1. 使用面相对象开发,第 1 步 是设计
  2. 使用 类名() 创建对象,创建对象 的动作有两步:
    1. 在内存中为对象 分配空间
    2. 调用初始化方法 __init__对象初始化
  3. 对象创建后,内存 中就有了一个对象的 实实在在 的存在 —— 实例

因此,通常也会把:

  1. 创建出来的 对象 叫做 实例
  2. 创建对象的 动作 叫做 实例化
  3. 对象的属性 叫做 实例属性
  4. 对象调用的方法 叫做 实例方法

在程序执行时:

  1. 对象各自拥有自己的 实例属性
  2. 调用对象方法,可以通过 self.
    • 访问自己的属性
    • 调用自己的方法

结论

  • 每一个对象 都有自己 独立的内存空间保存各自不同的属性
  • 多个对象的方法在内存中只有一份,在调用方法时,需要把对象的引用 传递到方法内部

1.2 类是一个特殊的对象

Python一切皆对象

  • class AAA: 定义的类属于 类对象
  • obj1 = AAA() 属于 实例对象
  • 在程序运行时, 同样 会被加载到内存
  • Python 中, 是一个特殊的对象 —— 类对象
  • 在程序运行时,类对象 在内存中 只有一份,使用 一个类 可以创建出 很多个对象实例
  • 除了封装 实例属性方法外,类对象 还可以拥有自己的 属性方法
    1. 类属性
    2. 类方法
  • 通过 类名. 的方式可以 访问类的属性 或者 调用类的方法

02. 类属性和实例属性

2.1 概念和使用

  • 类属性 就是给 类对象 中定义的 属性
  • 通常用来记录 与这个类相关 的特征
  • 类属性 不会用于记录 具体对象的特征

示例需求

  • 定义一个 工具类
  • 每件工具都有自己的 name
  • 需求 —— 知道使用这个类,创建了多少个工具对象?
class Tool(object):

    # 使用赋值语句,定义类属性,记录创建工具对象的总数
    count = 0

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

        # 针对类属性做一个计数+1
        Tool.count += 1


# 创建工具对象
tool1 = Tool("斧头")
tool2 = Tool("榔头")
tool3 = Tool("铁锹")

# 知道使用 Tool 类到底创建了多少个对象?
print("现在创建了 %d 个工具" % Tool.count)

2.2 属性的获取机制

  • Python属性的获取 存在一个 向上查找机制

  • 因此,要访问类属性有两种方式:

    1. 类名.类属性
    2. 对象.类属性 (不推荐)

注意

  • 如果使用 对象.类属性 = 值 赋值语句,只会 给对象添加一个属性,而不会影响到 类属性的值

03. 类方法和静态方法

3.1 类方法

  • 类属性 就是针对 类对象 定义的属性
    • 使用 赋值语句class 关键字下方可以定义 类属性
    • 类属性 用于记录 与这个类相关 的特征
  • 类方法 就是针对 类对象 定义的方法
    • 类方法 内部可以直接访问 类属性 或者调用其他的 类方法

语法如下

@classmethod
def 类方法名(cls):
    pass
  • 类方法需要用 修饰器 @classmethod 来标识,告诉解释器这是一个类方法
  • 类方法的 第一个参数 应该是 cls
    • 哪一个类 调用的方法,方法内的 cls 就是 哪一个类的引用
    • 这个参数和 实例方法 的第一个参数是 self 类似
    • 提示 使用其他名称也可以,不过习惯使用 cls
  1. 通过 类名. 调用 类方法调用方法时,不需要传递 cls 参数
  2. 在方法内部
    • 可以通过 cls. 访问类的属性
    • 也可以通过 cls. 调用其他的类方法

示例需求

  • 定义一个 工具类
  • 每件工具都有自己的 name
  • 需求 —— 在 封装一个 show_tool_count 的类方法,输出使用当前这个类,创建的对象个数
@classmethod
def show_tool_count(cls):
    """显示工具对象的总数"""
    print("工具对象的总数 %d" % cls.count)

在类方法内部,可以直接使用 cls 访问 类属性 或者 调用类方法

3.2 静态方法

  • 在开发时,如果需要在 中封装一个方法,这个方法:

    • 不需要 访问 实例属性 或者调用 实例方法
    • 不需要 访问 类属性 或者调用 类方法
  • 这个时候,可以把这个方法封装成一个 静态方法

语法如下

@staticmethod
def 静态方法名():
    pass
  • 静态方法 需要用 修饰器 @staticmethod 来标识,告诉解释器这是一个静态方法
  • 通过 类名. 调用 静态方法
class Dog(object):
    
    # 狗对象计数
    dog_count = 0
    
    @staticmethod
    def run():
        
        # 不需要访问实例属性也不需要访问类属性的方法
        print("狗在跑...")

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

3.3 方法综合案例

需求

  1. 设计一个 Game
  2. 属性:
    • 定义一个 类属性 top_score 记录游戏的 历史最高分
    • 定义一个 实例属性 player_name 记录 当前游戏的玩家姓名
  3. 方法:
    • 静态方法 show_help 显示游戏帮助信息
    • 类方法 show_top_score 显示历史最高分
    • 实例方法 start_game 开始当前玩家的游戏
  4. 主程序步骤
    • 查看帮助信息
    • 查看历史最高分
    • 创建游戏对象,开始游戏
      在这里插入图片描述

案例小结

  1. 实例方法 —— 方法内部需要访问 实例属性
    • 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性
  2. 类方法 —— 方法内部 需要访问 类属性
  3. 静态方法 —— 方法内部,不需要访问 实例属性类属性

提问

如果方法内部 即需要访问 实例属性,又需要访问 类属性,应该定义成什么方法?

答案

  • 应该定义 实例方法
  • 因为,类只有一个,在 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性
class Game(object):

    # 游戏最高分,类属性
    top_score = 0

    @staticmethod
    def show_help():
        print("帮助信息:让僵尸走进房间")
        
    @classmethod
    def show_top_score(cls):
        print("游戏最高分是 %d" % cls.top_score)

    def __init__(self, player_name):
        self.player_name = player_name

    def start_game(self):
        print("[%s] 开始游戏..." % self.player_name)
        
        # 使用类名.修改历史最高分
        Game.top_score = 999

# 1. 查看游戏帮助
Game.show_help()

# 2. 查看游戏最高分
Game.show_top_score()

# 3. 创建游戏对象,开始游戏
game = Game("小明")

game.start_game()

# 4. 游戏结束,查看游戏最高分
Game.show_top_score()

创作不易,白嫖不好,各位的支持和认可,就是我创作的最大动力,我们下篇文章见!

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