第4章 类与对象

第4章类与对象主讲人：***13-10月-23Python数据分析与数据挖掘目录contents面向对象0102类和对象03类定义与使用04属性方法05继承0706运算符重载面向对象014.1面向对象面向对象定义：是针对面向过程这一思想的不足所提出的，是指以“对象”为核心反映现实中的事物，并以对象之间的消息传递描述事物之间的关系，从而构建程序。实施过程：首先依据对现实需求的分析抽象提取出多个对象，然后为其增加相应的属性和功能，从而达到让对象实现相关的动作。应用：数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等多个领域。优点：较于面向过程，更适用于复杂化的程序，且易维护、易复用、易扩展，思维逻辑更加贴近于现实生活，更容易解决大型的复杂的业务逻辑。面向过程定义：它是以解决问题的过程为核心进行编程，是一种自顶向下、逐步细化的过程，更侧重于过程之间的关系。存在问题：面对复杂的问题时，过程之间相互调用，步骤流程错综复杂，面向过程就很难解决，或者代码会特别繁杂。类和对象024.2类和对象Python作为面向对象的语言，其实现基础就是类和对象。类（class）是指具有相似特征和行为的事物的集合，是一种广义的数据类型，支持定义复杂数据的特性，包括静态特性（即数据抽象）和动态特性（即行为抽象，也就是对数据的操作方法），如：正方形、平行四边形都属于四边形这一类，而四边形的周长和面积则是对应的操作。对象是现实中该类事物的一个个体，是类的实例。一个类可以支持多个对象的创建，而创建类的一个实例的过程被称为实例化。例如：鸟类是一个类，其中具备性别，年龄等属性，会飞，鸣叫等是方法，而喜鹊、凤凰、鹦鹉等鸟类是几个对象。4.2类和对象类与对象的区别之处：类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。类是抽象的，而对象是具体的。每一个对象都是某一个类的实例。每一个类在某一时刻都有零或更多的实例。类是静态的，它们的存在、语义和关系在程序执行前就已经定义好了，对象是动态的，它们在程序执行时可以被创建和删除。类是生成对象的模板。类定义与使用034.3类定义与使用类通过class定义，定义时类名一般需要首字母大写。定义格式如下：class类名：

属性名=属性值 def__init__(self,x,y): self.XXX=x self.XXX=y

def方法名（self）：

方法体 def方法名（self）：

方法体说明：定义类与内置类地位相同，可以出现在代码中的任何位置，最常见的是出现在模块外层，通过import语句导入并使用。类属性，是在类中方法之外定义的，可通过类名访问。此外，类属性也可通过对象访问，但一般不建议这样做，容易导致类属性值不一致的情况。类方法，是对动态特征的抽象，一个类中可定义多个不同的方法，而每个方法的第一个参数都是self，其代表要创建的对象本身。此外，类方法只能通过对象来调用，即向类发消息请求对象执行某个方法。class类名：

属性名=属性值

def__init__(self,x,y): self.XXX=x self.XXX=y def方法名（self）：

方法体 def方法名（self）：

方法体说明：构造函数(__init__)初始化程序，通常在创建和初始化这个类的新对象时被调用，Python提供一个默认的构造函数。如果类中没有显性定义__init__()方法，则创建对象时调用默认方法，不做任何操作，直接返回一个对象；如果类中显性定义了__init__()方法，则创建对象时会优先调用显式方法。__init__()方法的第一个参数是self，表示正在创建的对象，可以通过方法体中的语句实现为对象的属性赋值。该方法还可以有多个参数，创建对象时需要为这些参数提供实际值，从而实现对象属性的操作。4.3类定义与使用类的使用是在主函数，具体语法格式如下：对象名=类名（）对象名.方法名（）【分析】：类定义放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Student类,采用导入模块的形式将其导入。利用“Student”类创建一个对象名为“zhangsan”的对象，创建时采用Python默认的构造函数，并通过“类名.属性”和“对象名.方法名”的方式访问类属性（age）和对应的方法（learning()和play()方法）。[例4-1]类的定义实例。4.3类定义与使用【分析】：类定义放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Student_new类。在类定义中定义了类属性(age)、对象属性（weight和height）和方法（BMI()）。在主函数中创建一个名为“wangwu”的对象，创建时采用显式定义的构造函数__init__，并将其初始化，传入对象的身高和体重。以“对象名.属性”和“对象名.方法名”的方式访问类属性和对应的方法，同时在主函数中修改属性值。[例4-2]类的定义实例。4.3类定义与使用属性044.4.1实例属性和类属性类属性：在定义类中且在方法之外定义的属性，是所有类的对象都具有的属性。通常情况下，类属性一般通过类名进行访问，也可通过对象名进行类属性的访问，但一般不推荐，容易造成属性值不一致的情况。同时可在主函数中直接修改属性值或者直接添加属性，如“Student”类中的“age”属性。实例属性：定义在构造函数__init__中的属性，定义时以self为前缀。实例属性是描述某一对象特征的数据，故而只专属于对象的属性，也只能通过对象名访问，如Student_new类中的self.weight和self.height属性。实例属性的设置也比较灵活，可以在定义类中的__init__方法中设置，也可在主函数中直接添加修改。[例4-3]类的实例属性与类属性实例。（Student_new参照4-2）【分析】：类定义放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Studen_new类。创建对象时采用显式定义的构造函数__init__，并通过“对象名.属性”和“对象名.方法名”的方式访问类属性和对应的方法。同时在主函数中对已有的类属性和实例属性修改，并新增类属性（sex）和实例属性（score）。4.4.1实例属性和类属性在有时，类中的一些属性不希望对外公开，因此屏蔽一些属性值在实现功能时有较大意义。Python中默认的成员函数和成员变量都是公开的，其中的私有属性和方法没有类似Java中public、private等关键词来修饰，所以仅以编程来实现区分。私有属性：属性名前有前缀“__”的属性，一般情况下，只能在类的内部调用，但也可以在类外部以“实例名._类名__私有属性名”的方式访问。公有属性：除私有属性外，其余均为公有属性。4.4.2公有属性和私有属性[例4-4]类的共有属性和私有属性实例。【分析】：在本例中使用到其中的Student_private类。定义类中分别定义了私有属性（__age和__weight）和公有属性，并在方法中直接调用了私有属性（__age属性）。创建对象时采用显式定义的构造函数__init__，并通过“对象名.属性”和“对象名.方法名”的方式访问公有的类属性和对应的方法，但不适用于私有方法的访问，否则会报错。4.4.2公有属性和私有属性[例4-4]类的共有属性和私有属性实例。（以下是错误示范）4.4.2公有属性和私有属性用户不能用wangwu.__weight方式访问学生体重，然而用户也就知道了__weight是个私有变量。我们有没有一种方法让用户通过wangwu.weight来访问学生分数同时继续保持__weight私有变量的属性呢？这时我们可以借助python的@property装饰器。[例4-5]装饰器实例。注意：一旦给函数加上装饰器@property，调用函数的时候可以不加括号直接调用。4.4.2公有属性和私有属性方法054.5方法实例方法：在类中定义的，一般以self作为第一个参数，self代表调用这个方法的对象本身，相当于Java中this的效果，而在方法调用时，可以不用传入self参数，Python会自动将调用这个方法的对象作为参数传入，这也进一步说明实例方法只可以通过对象进行调用。在类定义中，可以通过self关键词实现对象属性的修改，当方法体中的属性与类属性同名时，会覆盖类属性的值。类方法：使用修饰器@classmethod修饰的方法，它的第一个参数是“cls”,表示类本身，作用如同self。类方法可以通过类名或对象名调用。静态方法：是使用修饰器@staticmethod修饰的方法，该方法既不需要对象参数self，也不需要类参数cls，所以该方法没有默认参数。在调用静态方法时，可以通过类名或对象名来调用。4.5.1实例方法[例4-6]实例方法实例。【分析】：在本例中，类定义放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Cars类，Cars类中的类属性与方法中的属性同名（即“price”属性），创建c1对象.从结果可以看出，在访问Price_used()方法之前，使用c1对象访问的price属性值为100，说明访问的是类属性。在调用对象方法后，再使用c1对象访问的price属性值为80，此时访问的是对象方法中的同名属性。4.5.2类方法[例4-7]类方法实例。【分析】：类定义放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Books类，类声明中分别定义了实例方法(sell_one())和类方法(sell_two())。从前2个调用结果看，在调用实例方法(sell_one）后，类属性的值没发生改变，但调用类方法(sell_two)后，类的属性值发生变化；对比后2个调用结果，可见类和对象都可调用类方法。4.5.3静态方法[例4-8]静态方法实例。【分析】：从运行结果来看，类和对象均可实现静态方法的调用。继承064.6类的继承继承是面向对象的一个重要特征，反映类与类之间的一种所属关系，其中已经存在的定义类一般称为“父类”，而将要在父类基础上定义的类称为“子类”。当子类具有与父类相同的属性和方法时，不需要重复相同的代码，只需直接定义新增的特征或方法。例如：在“学生”类的基础上再定义新的子类“小学生”、“中学生”或“大学生”。这些子类完全拥有“学生”类的属性和方法。如果父类中有私有属性或方法时，子类不能继承。继承使用的语法格式为：class父类名：

方法体class子类名（父类名）：

方法体注：子类定义中的父类名表示其继承自哪一个父类，可以是简单的单个类名，也可以是多个类名，还可以是复杂的表达式，只要值是类对象。当有多个类名时，中间以逗号“，”隔开，也表示子类继承自多个父类，称为多继承。4.6.1隐形继承1、隐性继承是指子类完全继承父类的全部属性与方法，没有在子类方法体中定义其他的属性或方法，从而子类具有和父类一样的特征与功能，但如果父类中含有私有属性或方法时，子类并不能继承。【分析】：本代码定义一个Animal类，类中定义了属性foot和eating()方法，并输出一个字符串。然后又定义一个Bird类，继承自Animal类，方法体中没有新增任何其他方法或属性。最后又创建了一个magpie对象，并访问其foot属性与eating()方法。[例4-9]隐性继承实例。结论：子类对象不能直接访问父类的私有属性和私有方法。子类对象可以通过访问父类方法从而间接访问父类的私有属性。[例4-10]子类对象访问父类实例。4.6.1隐形继承4.6.2覆盖2、覆盖

在子类与父类的继承关系中，会出现子类方法名与父类方法名同名的情况，但其功能却不一样，在调用该方法时父类方法被完全覆盖，即对象调用了子类中的同名方法。【分析】：初始化一个子类对象，调用born()方法，结果显示执行的是子类定义中的方法。[例4-11]覆盖实例。4.6.3

super继承3、super继承：如果子类和父类有同名方法时，子类的方法会将父类方法覆盖。而在实际需要中，我们有时需要调用父类的同名方法，这就需要用到super关键字。

super函数经常使用在子类构造函数__init__()的重写上，其使用格式如下：

super().XXX()

注意：XXX()为方法名。这种形式不带任何参数，其一般出现在子类方法的定义里，在调用这一方法时，解释器会先找到这一对象的直接父类，再在父类中开始找寻XXX()方法,并执行，然后再执行所在子类方法。【分析】：magpie对象要求调用born()方法，这一方法是指子类中的方法，其方法体中含有super().born()，所以解释器从magpie所属父类(Animal)开始查找born()方法，并执行,之后解释器才执行子类的born()方法中的内容。4.6.3

super继承[例4-12]super继承实例。4、多重继承是指子类不仅仅可以继承一个父类，还可以继承多个父类。例如：青蛙，既可以在陆地生活，也可以在水中生活。【分析】：首先申明是2个父类，其类的定义中均包含相同的属性(foot)和方法(get_foot())，以及不同名的方法。子类Frog的定义中指明了属性和方法继承至哪个父类。主函数中分别访问了两个父类的方法及同名方法。结果显示，Frog类的对象同时继承了两个父类的方法。4.6.4多重继承[例4-12]super继承实例。运算符重载074.7运算符重载Python中允许用户使用一些特定的方法实现运算符重载，从而使类的实例对象支持Python的各种内置操作。方法说明运算符__add__(self,num)加法self+num__sub__(self,num)减法Self-num__mul__(self,num)乘法Self*num__mod__(self,num)取余Self%num__pow__(self,num)幂运算Self**num__truediv__(self,num)除法Self/num__radd__(self,num)加法num+self__iadd__(self,num)加法self+=num__and__(self,num)位与self&num__or__(self,num)位或self|num运算符重载方法(部分)4.7运算符重载[例4-14]运算符重载实例。【分析】：本例中定义了一个Calculator类，并重载__add__()和__sub__()方法，初始化一个对象后，对其进行加减运算。本章实践例题本章实践例题[例4-15]定义父类SchoolMember，定义子类Teacher和Student，实现学校人员登记。本章实践例题[例4-16]定义类Triangle，实现能根据输入的三边，计算三角形的周长和面积。本章实践例题[例4-17]定义类Clock，实现数字时钟计时。小结本章结合实例介绍了Python中面向对象编程的基础内容，主要包括类的属性与方法的介绍以及相关应用实例的分析，帮助理解面向对象的编程思想。需重点掌握的内