Python程序设计与应用课件 第6章 面向对象程序设计

Python程序设计与应用第6章面向对象程序设计6.1

类和对象6.2方法6.3

多态、继承与封装

本章小结理解Python的面向对象。掌握类、对象以及它们之间的关系。掌握类、对象的属性和方法。掌握类的组合、继承与派生。现实世界中的事物可以分为两部分:物质和意识。物质表达的是一个具体的事物，意识描述的是一个抽象的概念。例如，“这辆红色的汽车”是物质，它是具体的客观存在;“汽车”是意识,它是抽象的概念，是对具体的客观存在的一种概括。学习目标：

对象表示现实世界中某个具体事物。在现实世界中，对象无处不在。一个人、一辆汽车、一本书、一场球赛、一个银行账户等都是对象。一个对象可以非常简单，也可以非常复杂。复杂对象往往由若干简单对象组合而成。对象有一个名字，以区别于其他对象;有一组属性，用于描述对象的特征;有一组行为,用来改变对象的属性。

对象可以归类。例如，“这辆红色的汽车”是一辆汽车，“那辆白色的汽车”也是一辆汽车，则这两辆汽车是同类对象，可以归人“汽车”这个“类”。对象也称类的实例。类和对象之间的关系可以看成抽象和具体的关系。类是对现实世界中具体事物的抽象，描述了同类对象的共性。例如，“汽车”是一个描述交通工具的类，而“这辆红色的汽车”和“那辆白色的汽车”是“汽车”类的两个实例。学习目标：

面向对象程序设计追求的是对现实世界的直接模拟，将现实世界中的事物直接映射到程序的解空间。在面向对象程序设计中，现实世界中的“物质”可以对应于“对象”，现实世界中的“意识”可以对应于“类”。例如，“汽车”可以用“汽车”类来表达，“这辆红色的汽车”是“汽车”类的一个实例。

对象的属性通常用数据来表示，对象的行为通常用对数据的处理过程来表示。面向对象程序设计把数据和对数据的处理过程作为一个相互依存、不可分割的整体来看待，将数据和对数据的处理过程抽象成一种新的数据类型一类。

因此，面向对象程序的基本构造单位是类。学习目标：

6.1.1类定义语法

Python语言中一个类的实现包括类定义和类体。类定义语法格式如下:class类名[(父类)]:

类体

其中，class是声明类的关键字，“类名”是自定义的类名，自定义类名首先应该是合法的标识符，且应该遵守Python命名规范。“父类”声明当前类继承的父类，父类可以省略声明，表示直接继承object类。6.1类和对象

6.1.2对象前面章节已经多次用到了对象，类实例化可生成对象，所以“对象”也称为“实例”。一个对象的生命周期包括三个阶段:创建、使用和销毁。销毁对象时Python的垃圾回收机制释放不再使用对象的内存，不需要程序员负责。程序员只关心创建和使用对象，这一节介绍创建和使用对象。创建对象很简单，就是在类后面加上一对小括号，表示调用类的构造方法。这就创建了一个对象，示例代码如下:

animal=Animal()Animal是上一节定义的动物类，Animal()表达式创建了一个动物对象，并把创建的对象赋值给animal变量，animal是指向动物对象的一个引用。通过animal变量可以使用刚刚创建的动物对象。6.1

类和对象

6.1.3self参数对于在类体中定义的实例方法，Python会自动绑定方法的第一个参数(通常建议将该参数命名为self),第一个参数总是指向调用该方法的对象。根据第一个参数出现位置的不同，第一个参数所绑定的对象略有区别。➢在构造方法中引用该构造方法正在初始化的对象。➢在普通实例方法中引用调用该方法的对象。由于实例方法(包括构造方法)的第一个self参数会自动绑定,因此程序在调用普通实例方法、构造方法时不需要为第一个参数传值。6.1

类和对象

6.1.3self参数

self参数(自动绑定的第一个参数)最大的作用就是引用当前方法的调用者，比如前面介绍的在构造方法中通过self为该对象增加实例变量。也可以在一个实例方法中访问该类的另一个实例方法或变量。假设定义了一“个Dog类，这个Dog对象的run0方法需要调

用它的jump()方法，此时就可通过self参数作为jump()方法的调用者。

方法的第一个参数所代表的对象是不确定的，但它的类型是确定的一它所代表的只能是当前类的实例:只有当这个方法被调用时，它所代表的对象才被确定下来一谁在调用这个方法，方法的第一个参数就代表谁。注意：使用self参数作为方法的返回值可以让代码更加简洁，但可能造成实际意义的模糊。6.1

类和对象

6.1.4实例变量

在类体中可以包含类的成员，其中包括成员变量、成员方法和属性，成员变量又分为实例变量和类变量，成员方法又分为实例方法、类方法和静态方法。提示:在Python类成员中有attribute和property。attribute是类中保存数据的变量，如果需要对attribute进行封装，那么在类的外部为了访问这些attribute，往往会提供一些setter和getter访问器。setter访问器是对attribute赋值的方法，getter访问器是取attribute值的方法，这些方法在创建和调用时都比较麻烦，于是Python又提供了property，property本质上就是setter和getter访问器，是一种方法。一般情况下attribute和property中文都翻译为“属性”，这样很难区分两者的含义，也有很多书将attribute翻译为“特性”。“属性”和“特性”在中文中区别也不大。其实很多语言都有attribute和property概念，例如Objective-C中attribute称为成员变量(或字段)，property称为属性。本书采用Objective-C提法将attribute翻译为“成员变量”，而property翻译为“属性”。6.1

类和对象

6.1.4实例变量

“实例变量”就是某个实例(或对象)个体特有的“数据”，例如你家狗狗的名字、年龄和性别与邻居家狗狗的名字、年龄和性别是不同的。

6.1.5类变量

“类变量”是所有实例(或对象）共有的变量。例如有一个Account(银行账户）类，它有三个成员变量:amount(账户金额)、interest_rate(利率）和owner(账户名)。在这三个成员变量中，amount和owner会因人而异，对于不同的账户这些内容是不同的，而所有账户的interest_rate都是相同的。amount和owner成员变量与账户个体实例有关，称为“实例变量”，interest_rate成员变量与个体实例无关，或者说是所有账户实例共享的，这种变量称为“类变量”。

6.1

类和对象

在6.1.4节和6.1.5节中都使用了_init_()方法，该方法用来创建和初始化实例变量，这种方法就是“构造方法”。_init_()方法也属于魔法方法。定义时它的第一个参数应该是self，其后的参数才是用来初始化实例变量的。调用构造方法时不需要传入self。6.2.1类方法

“类方法”与“类变量”类似属于类，不属于个体实例的方法，类方法不需要与实例绑定，但需要与类绑定，定义时它的第一个参数不是self，而是类的type实例。type是描述Python数据类型的类，Python中所有数据类型都是type的一个实例。6.2方法6.2.2实例方法

实例方法与实例变量一样都是某个实例(或对象）个体特有的。本节先介绍实例方法。方法是在类中定义的函数。而定义实例方法时它的第一个参数也应该是self，这个过程是将当前实例与该方法绑定起来，使该方法成为实例方法。6.2.3静态方法

如果定义的方法既不想与实例绑定，也不想与类绑定，只是想把类作为它的命名空间，那么可以定义静态方法。

类方法与静态方法在很多场景是类似的，只是在定义时有一些区别。类方法需要绑定类，静态方法不需要绑定类，静态方法与类的耦合度更加松散。在一个类中定义静态方法只是为了提供一个基于类名的命名空间。6.2方法

6.3.1封装封装性是面向对象的三大特性之一，Python语言没有与封装性相关的关键字，它通过特定的名称实现对变量和方法的封装。私有变量：默认情况下Python中的变量是公有的，可以在类的外部访问它们。如果想让它们成为私有变量，可以在变量前加上双下画线“__”提示:Python中并没有严格意义上的封装，所谓的私有变量只是形式上的限制。如果想在类的外部访问这些私有变量也是可以的，这些双下画线“_”开头的私有变量其实只是换了一个名字，它们的命名规律为“_类名_变量”。Python的封装性靠的是程序员的自律，而非强制性的语法。私有方法：私有方法与私有变量的封装是类似的，只要在方法前加上双下画线“__”就是私有方法了。6.3多态、继承与封装

6.3.1封装定义属性：封装通常是对成员变量进行的封装。在严格意义上的面向对象设计中，一个类是不应该有公有的实例成员变量的，这些实例成员变量应该被设计为私有的，然后通过公有的setter和getter访问器访问。访问器形式的封装需要一个私有变量，需要提供getter访问器和一个setter访问器，只读变量不用提供setter访问器。总之，访问器形式的封装在编写代码时比较麻烦。为了解决这个问题，Python中提供了属性(property)，定义属性可以使用@property和@属性名.setter装饰器，@property用来修饰getter访问器，@属性名.setter用来修饰setter访问器。提示:定义属性时应该先定义getter访问器，再定义setter访问器，即代码第①行和第②行不能颠倒，否则会出现错误。这是因为@property修饰getter访问器时，定义了weight属性，这样在后面使用@weight.setter装饰器才是合法的。6.3多态、继承与封装

6.3.2继承类的继承性是面向对象语言的基本特性，多态性的前提是继承性。多继承：所谓多继承，就是一个子类有多个父类。大部分计算语言如Java、Swift等，只支持单继承，不支持多继承。主要是多继承会发生方法冲突。例如，客轮是轮船也是交通工具，客轮的父类是轮船和交通工具，如果两个父类都定义了run()方法，子类客轮继承哪一个run()方法呢?Python支持多继承，但Python给出了解决方法名字冲突的方案。这个方案是，当子类实例调用一个方法时，先从子类中查找，如果没有找到则查找父类。父类的查找顺序是按照子类声明的父类列表从左到右查找，如果没有找到再找父类的父类，依次查找下去。6.3多态、继承与封装

6.3.3多态在面向对象程序设计中，多态是一个非常重要的特性，理解多态有利于进行面向对象的分析与设计。发生多态要有两个前提条件:第一、继承——多态发生一定是子类和父类之间;第二、重写——子类重写了父类的方法。提示:与Java等静态语言相比，多态性对于动态语言Python而言意义不大。多态性优势在于运行期动态特性。例如在Java中多态性是指，编译期声明变量是父类的类型，在运行期确定变量所引用的实例。而Python不需要声明变量的类型，没有编译，直接由解释器运行，运行期确定变量所引用的实例。6.3多态、继承与封装

6.3.3多态类型检查：无论多态性对Python影响多大，Python作为面向对象的语言多态性是存在的，这一点可以通过运行期类型检查证实，运行期类型检查使用isinstance(object,classinfo)函数，它可以检查object实例是否由classinfo类或classinfo子类所创建的实例。鸭子类型：多态性对于动态语言意义不是很大，在动态语言中有一种类型检查称为“鸭子类型”，即一只鸟走起来像鸭子、游起泳来像鸭子、叫起来也像鸭子，那它就可以被当作鸭子。鸭子类型不关注变量的类型，而是关注变量具有的方法。鸭子类型像多态一样工作，但是没有继承，只要像“鸭子”一样的行为(