Python 面向对象基础

面向对象,就是用类(class)对函数进行分类和封装,凡是使用这个类生成的对象,都自带各种 “天赋”, 这些天赋(属性、标签)都是继承类来的,每个对象都能使用 “技能“, 这些技能是类中包裹的函数(方法)。

面向过程编程最易被初学者接受,其往往用一长段代码来实现指定功能,开发过程中最常见的操作就是粘贴复制,即:将之前实现的代码块复制到现需功能处。

In [ ]:
while True
    if cpu利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
  
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
  
    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

随着时间的推移,开始使用了函数式编程,增强代码的重用性和可读性,就变成了这样:

In [ ]:
def 发送邮件(内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接

    
while True
  
    if cpu利用率 > 90%:
        发送邮件('CPU报警')
  
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件('硬盘报警')
  
    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件('内存报警')

今天我们来学习一种新的编程方式:面向对象编程(Object Oriented Programming,OOP,面向对象程序设计)

注:Java和C#来说只支持面向对象编程,而python比较灵活即支持面向对象编程也支持函数式编程

创建类和对象

面向对象编程是一种编程方式,此编程方式的落地需要使用 “类”“对象” 来实现,所以,面向对象编程其实就是对 “类” 和 “对象” 的使用。

  类就是一个模板,模板里可以包含多个函数(方法),函数里实现一些功能

  对象则是根据模板创建的实例,通过实例对象可以执行类中的函数(方法)

In [ ]:
# 创建类
class Person  # class 是创建类的关键字, 后面紧接着是这个类的名字
    
    # 创建类中的函数
    def speak(self):  # self 特殊参数,必填
        # do something ...
        
# 根据类Person创建对象
obj = Person()
  • class是关键字,表示类
  • 创建对象,类名称后加括号即可

ps:类中的函数第一个参数必须是self(详细见:类的三大特性之封装)    类中定义的函数叫做 “方法”

In [ ]:
类和对象
    a.创建类
        class 类名:
 
            def 方法名(self,arges):
                pass
    b.创建对象
        对象 = 类名()
 
    c.通过对象执行方法
        对象.方法名()
In [1]:
# 创建类
class Person:
     
    def speak(self, name):
        print('I am %s' % name)
        
    def do(self):
        print('doing ...')


# 根据类Person创建对象kevin
obj = Person()
obj.do()            # 执行do方法
obj.speak('Kevin')  # 执行speak方法 
doing ...
I am Kevin

诶,你在这里是不是有疑问了?使用函数式编程和面向对象编程方式来执行一个“方法”时函数要比面向对象简便

  • 面向对象:【创建对象】【通过对象执行方法】
  • 函数编程:【执行函数】 观察上述对比答案则是肯定的,然后并非绝对,场景的不同适合其的编程方式也不同。

总结:函数式的应用场景 --> 各个函数之间是独立且无共用的数据

什么时候使用面向对象编程 ?

当某一些函数具有相同参数时,可以使用面向对象的方法,将参数一次性封装到对象,以后去对象中取值

面向对象三大特性

面向对象的三大特性是指:封装、继承和多态。

封装

封装,顾名思义就是将内容封装到某个地方,以后再去调用被封装在某处的内容。

所以,在使用面向对象的封装特性时,需要:

  • 将内容封装到某处
  • 从某处调用被封装的内容

第一步:将内容封装到某处:

In [2]:
# 创建类
class Person:
    
    def __init__(self, name, job):
        self.name = name
        self.job = job
        
    def speak(self):
        print('Hello, I am %s' % self.name)
        
    def do(self):
        print('I am a %s' % self.job)


# 根据类Person创建对象 obj
obj = Person('Kevin', 'programmer')  # 自动执行 Person 类的 __init__ 方法
obj.speak()  # 执行speak方法 
obj.do()     # 执行do方法
Hello, I am Kevin
I am a programmer

self 是什么鬼 ?

self是一个python自动会传值的形式参数

  • 当执行 obj = Person('Kevin', 'programer') 时,self 等于 obj 对象自己

第二步:从某处调用被封装的内容

调用被封装的内容时,有两种情况:

  • 通过对象直接调用
  • 通过self间接调用
In [3]:
# 创建类
class Person:
    
    def __init__(self, name, job):
        self.name = name
        self.job = job
        
    def speak(self):
        print('Hello, I am %s' % self.name)  # 从self间接调用
        
    def do(self):
        print('I am a %s' % self.job)  # 从self间接调用


obj = Person('Kevin', 'programmer') 

print(obj.name) # 从对象调用
print(obj.job)  # 从对象调用
Kevin
programmer

综上所述,对于面向对象的封装来说,其实就是使用构造方法将内容封装到 对象 中,然后通过对象直接或者 self 间接获取被封装的内容。

练习一:在终端输出如下信息

  • 小明,10岁,男,上山去砍柴
  • 小明,10岁,男,开车去东北
  • 小明,10岁,男,最爱大保健
  • 老李,90岁,男,上山去砍柴
  • 老李,90岁,男,开车去东北
  • 老李,90岁,男,最爱大保健

函数式编程:

In [4]:
def kanchai(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(name, age, gender))


def qudongbei(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,开车去东北" %(name, age, gender))


def dabaojian(name, age, gender):
    print("%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(name, age, gender))


kanchai('小明', 10, '男')
qudongbei('小明', 10, '男')
dabaojian('小明', 10, '男')


kanchai('老李', 90, '男')
qudongbei('老李', 90, '男')
dabaojian('老李', 90, '男')
小明,10岁,男,上山去砍柴
小明,10岁,男,开车去东北
小明,10岁,男,最爱大保健
老李,90岁,男,上山去砍柴
老李,90岁,男,开车去东北
老李,90岁,男,最爱大保健

面向对象编程:

In [5]:
class Person:

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

    def kanchai(self):
        print("%s,%s岁,%s,上山去砍柴" %(self.name, self.age, self.gender))

    def qudongbei(self):
        print("%s,%s岁,%s,开车去东北" %(self.name, self.age, self.gender))

    def dabaojian(self):
        print("%s,%s岁,%s,最爱大保健" %(self.name, self.age, self.gender))


xiaoming = Person('小明', 10, '男')
xiaoming.kanchai()
xiaoming.qudongbei()
xiaoming.dabaojian()

laoli = Person('老李', 90, '男')
laoli.kanchai()
laoli.qudongbei()
laoli.dabaojian()
小明,10岁,男,上山去砍柴
小明,10岁,男,开车去东北
小明,10岁,男,最爱大保健
老李,90岁,男,上山去砍柴
老李,90岁,男,开车去东北
老李,90岁,男,最爱大保健

上述对比可以看出:

  • 如果使用函数式编程,需要在每次执行函数时传入相同的参数,如果参数多的话,又需要粘贴复制了... ;

  • 而对于面向对象只需要在创建对象时,将所有需要的参数封装到当前对象中,之后再次使用时,通过self间接去当前对象中取值即可。

练习二:在终端输出如下信息

1、创建三个游戏人物,分别是:

  • 阿木木,女,18,刺客
  • 东尼,男,20,战士
  • 哈米尔,女,19,法师

2、游戏场景,分别:

  • 单人竞技,消耗10活力,200点经验
  • 组队副本,消耗30活力,600点经验
  • 通天塔修炼,消耗50活力,1000点经验
In [6]:
# #####################  定义实现功能的类  #####################

class Person:
    
    def __init__(self, name, gender, age, job):
        self.name = name
        self.gender = gender
        self.age = age
        self.job = job
        self.vigor = 100
        self.experience = 0

    def singlePK(self):
        """注释:单人竞技,增加200点经验"""

        self.experience +=200

    def practice(self):
        """注释:通天塔修炼,增加1000点经验"""

        self.experience += 1000

    def team_fight(self):
        """注释:组队副本,600点经验"""

        self.experience += 600

    def detail(self):
        """注释:当前对象的详细情况"""

        detail = "姓名:%s ; 性别:%s ; 年龄:%s ; 职业:%s ; 等级:%d"  % (self.name, self.gender, self.age, self.job, self.experience // 1000)
        print(detail)
In [7]:
# #####################  开始游戏  #####################

mumu = Person('阿木木', '女', 18, '刺客')    # 创建阿木木角色
doni = Person('东尼', '男', 20, '战士')  # 创建东尼角色
hamir = Person('哈米尔', '女', 19, '法师')      # 创建哈米尔角色

mumu.singlePK()    # 阿木木参加一次单人竞技
doni.practice()  # 东尼参加一次通天塔修炼
hamir.team_fight()   # 哈米尔参加一次组队副本


#输出当前所有人的详细情况
mumu.detail()
doni.detail()
hamir.detail()

print()

mumu.singlePK()      # 阿木木又参加一次单人竞技
doni.practice()      # 东尼又参加一次通天塔修炼
hamir.team_fight()   # 哈米尔又参加一次组队副本


#输出当前所有人的详细情况
mumu.detail()
doni.detail()
hamir.detail()
姓名:阿木木 ; 性别:女 ; 年龄:18 ; 职业:刺客 ; 等级:0
姓名:东尼 ; 性别:男 ; 年龄:20 ; 职业:战士 ; 等级:1
姓名:哈米尔 ; 性别:女 ; 年龄:19 ; 职业:法师 ; 等级:0

姓名:阿木木 ; 性别:女 ; 年龄:18 ; 职业:刺客 ; 等级:0
姓名:东尼 ; 性别:男 ; 年龄:20 ; 职业:战士 ; 等级:2
姓名:哈米尔 ; 性别:女 ; 年龄:19 ; 职业:法师 ; 等级:1

继承

继承,面向对象中的继承和现实生活中的继承相同,即:子可以继承父的内容。

例如:

  猫可以:喵喵叫、吃、喝、拉、撒

  狗可以:汪汪叫、吃、喝、拉、撒

如果我们要分别为猫和狗创建一个类,那么就需要为 猫 和 狗 实现他们所有的功能,如下所示:

In [ ]:
class 

    def 喵喵叫(self):
        print('喵喵叫')

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

        
class 

    def 汪汪叫(self):
        print('汪汪叫')

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

上述代码不难看出,吃、喝、拉、撒是猫和狗都具有的功能,而我们却分别的猫和狗的类中编写了两次。如果使用 继承 的思想,如下实现:

动物:吃、喝、拉、撒

  • 猫:喵喵叫(猫继承动物的功能)

  • 狗:汪汪叫(狗继承动物的功能)

In [ ]:
class 动物:

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

    def (self):
        # do something

        
# 在类名称后面添加括号,括号里面写另外一个类的类名,表示当前类继承另外一个类
# 由于猫这个类继承动物这个类,所以对于猫这个类来说,动物类是猫类的父类,猫类是动物类的子类
class (动物)

    def 喵喵叫(self):
        print('喵喵叫')
        
# 在类名称后面添加括号,括号里面写另外一个类的类名,表示当前类继承另外一个类
# 由于狗这个类继承动物这个类,所以对于狗这个类来说,动物类是狗类的父类,狗类是动物类的子类
class (动物)

    def 汪汪叫(self):
        print('汪汪叫')

所以,对于面向对象的继承来说,其实就是将多个类共有的方法提取到父类中,子类仅需继承父类而不必一一实现每个方法。

注:除了子类和父类的称谓,你可能看到过 派生类 和 基类 ,他们与子类和父类只是叫法不同而已。

父类子类

学习了继承的写法之后,我们用代码来是上述阿猫阿狗的功能:

In [8]:
class Animal:

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

    def drink(self):
        print("%s 喝 " % self.name)

    def shit(self):
        print("%s 拉 " % self.name)

    def pee(self):
        print("%s 撒 " % self.name)


class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed = '猫'

    def cry(self):
        print('喵喵叫')


class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed = '狗'

    def cry(self):
        print('汪汪叫')
In [9]:
c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.cry()
d1.eat()
小白家的小黑猫 吃 
小黑的小白猫 喝 
汪汪叫
胖子家的小瘦狗 吃 

那么问题又来了,多继承 呢?

  • 是否可以继承多个类
  • 如果继承的多个类每个类中都定了相同的函数,那么哪一个会被使用呢?

多继承

  • a、多继承,遵循从左至右,一条路走到黑,然后再找第二个父类
  • b、如果继承多个父类,父类中有共同继承的类走下一个。

注意:在上述查找过程中,一旦找到,则寻找过程立即中断,便不会再继续找了

多态

Pyhon不支持多态并且也用不到多态,多态的概念是应用于Java和C#这一类强类型语言中,而Python崇尚“鸭子类型”。

In [ ]:
class F1:
    pass


class S1(F1):

    def show(self):
        print('S1.show')


class S2(F1):

    def show(self):
        print('S2.show')


# 由于在Java或C#中定义函数参数时,必须指定参数的类型
# 为了让Func函数既可以执行S1对象的show方法,又可以执行S2对象的show方法,所以,定义了一个S1和S2类的父类
# 而实际传入的参数是:S1对象和S2对象

def Func(F1 obj):
    """Func函数需要接收一个F1类型或者F1子类的类型"""

    print(obj.show())

s1_obj = S1()
Func(s1_obj) # 在Func函数中传入S1类的对象 s1_obj,执行 S1 的show方法,结果:S1.show

s2_obj = S2()
Func(s2_obj) # 在Func函数中传入Ss类的对象 ss_obj,执行 Ss 的show方法,结果:S2.show

Python伪代码实现Java或C#的多态

Python崇尚“鸭子类型”

In [10]:
class F1:
    pass


class S1(F1):

    def show(self):
        print('S1.show')


class S2(F1):

    def show(self):
        print('S2.show')


def Func(obj):
    obj.show()

s1_obj = S1()
Func(s1_obj)

s2_obj = S2()
Func(s2_obj)
S1.show
S2.show

总结

以上就是本节对于面向对象初级知识的介绍,总结如下:

  • 面向对象是一种编程方式,此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用
  • 类 是一个模板,模板中包装了多个“函数”供使用
  • 对象,根据模板创建的实例(即:对象),实例用于调用被包装在类中的函数
  • 面向对象三大特性:封装、继承和多态

问答专区

问题一:什么样的代码才是面向对象?

答:从简单来说,如果程序中的所有功能都是用 类 和 对象 来实现,那么就是面向对象编程了。

问题二:函数式编程 和 面向对象 如何选择?分别在什么情况下使用?

答:须知:对于 C# 和 Java 程序员来说不存在这个问题,因为该两门语言只支持面向对象编程(不支持函数式编程)。而对于 Python 和 PHP 等语言却同时支持两种编程方式,且函数式编程能完成的操作,面向对象都可以实现;而面向对象的能完成的操作,函数式编程不行(函数式编程无法实现面向对象的封装功能)。

所以,一般在Python开发中,全部使用面向对象 或 面向对象和函数式混合使用

面向对象的应用场景:

1、 多函数需使用共同的值,如:数据库的增、删、改、查操作都需要连接数据库字符串、主机名、用户名和密码

In [ ]:
class SqlHelper:

    def __init__(self, host, user, pwd):

        self.host = host
        self.user = user
        self.pwd = pwd

    def (self):
        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def (self):
        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def (self):
        # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接

    def (self):
    # 使用主机名、用户名、密码(self.host 、self.user 、self.pwd)打开数据库连接
        # do something
        # 关闭数据库连接# do something

2、 需要创建多个事物,每个事物属性个数相同,但是值的需求 如:张三、李四、杨五,他们都有姓名、年龄、血型,但其都是不相同。即:属性个数相同,但值不相同

In [11]:
class Person:

    def __init__(self, name, age, blood_type):

        self.name = name
        self.age = age
        self.blood_type = blood_type


    def detail(self):
        temp = "i am %s, age %s , blood type %s " % (self.name, self.age, self.blood_type)
        print(temp)

zhangsan = Person('张三', 18, 'A')
lisi = Person('李四', 73, 'AB')
wangwu = Person('王五', 84, 'A')

问题三:类和对象在内存中是如何保存?

答:类以及类中的方法在内存中只有一份,而根据类创建的每一个对象都在内存中需要存一份。

类和对象内存空间

如上图所示,根据类创建对象时,对象中除了封装 name 和 age 的值之外,还会保存一个类对象指针,该值指向当前对象的类。

当通过 object1 执行 【方法一】 时,过程如下:

  • 根据当前对象中的 类对象指针 找到类中的方法
  • 将对象 object1 当作参数传给 方法的第一个参数 self