Python面向对象程序设计OOP入门教程【类,实例,继承,重载等】

2023-09-01 21:20:04 157

本文实例讲述了Python面向对象程序设计OOP。分享给大家供大家参考，具体如下：

类是Python所提供的最有用的的工具之一。合理使用时，类可以大量减少开发的时间。类也在流行的Python工具中使用，例如，tkinterGUIAPI。

为何使用类

与面向对象的Java一样，类是对现实世界的一种抽象。

从更具体的程序设计观点来看，类是Python的程序组成单元，就像函数和模块一样：类是封装逻辑和数据的另一种方式。实际上，类也定义新的命名空间，在很大程度上就像模块。但是类有三个重要的独到之处，使其在建立对象时更为有用。

1.多重实例

类基本上就是产生对象的工厂。每次调用一个类，就会产生一个有独立命名空间的新对象。每个又类产生的对象都能读取类的属性，并获得自己的命名空间来储存数据，这些数据对于每个对象来说都不同。

2.通过继承进行定制

类也支持OOP的继承的概念。我们可以在类的外部重新定义其属性从而扩充这个类。

3.运算符重载

通过提供特定的协议方法，类可以定义对象来响应在内置类型上的几种运算。例如，通过类创建的对象可以进行切片，级联和索引等运算。Python提供了一些可以由类使用的钩子，从而能够中断并实现任何的内置类型运算。

Python的类与Java类似，所以关于继承、属性和方法以及类和实例的基础知识在这里不再赘述。直接介绍语法内容。

类产生多个实例对象

【OOP模型中的两种对象：类对象和实例对象】

类对象提供默认行为，是实例对象的工厂。实例对象是程序处理的实际对象：各自都有独立的命名空间，但是继承（可自动存取）创建该实例的类中的变量名。类对象来自于语句，而实例来自于调用。每次调用一个类，就会得到这个类的新的实例。

【类对象提供默认行为】

执行class语句，就会得到类对象。以下是Python类的主要特性：
1.class语句创建类对象并将其赋值给变量名。就像函数def语句，Pythonclass语句也是可执行语句，执行时，会产生新的类对象，并将其赋值给class头部的变量名。此外，就像def应用，class语句一般是在其所在文件导入时执行的。

2.class语句内的赋值语句会创建类的属性。class语句内的顶层的赋值语句会产生类对象中的属性。从技术角度讲，class语句的作用域会变成类对象的属性的命名空间，就像模块的全局作用域一样。执行class语句后，类的属性可由变量名点号运算获取object.name。

3.类属性提供对象的状态和行为。类对象的属性记录状态信息和行为，可由这个类创建的所有实例共享。位于类中的函数def语句会生成方法，方法将会处理实例。

【实例对象是具体元素】

当调用类对象时，我们得到了实例对象。以下是类的实例内含的重点概要。

1.像函数那样调用类对象会创建新的实例对象。实例代表了程序领域中的具体元素。

2.每个实例对象继承类的属性并获得了自己的命名空间。由类所创建的实例对象是新的命名空间。一开始是空的，但是会继承创建该实例的类对象内的属性。

3.在方法内对self属性做赋值运算会产生每个实例自己的属性。在类方法函数内，第一个参数（self）会引用正处理的实例对象。对self的属性做赋值运算，会创建或修改实例内的数据，而不是类的数据。

第一个例子

首先定义一个名为FirstClass的类，通过交互模式运行Pythonclass语句。

>>>classFirstClass:
defsetdata(self,value):
self.data=value
defdisplay(self):
print(self.data)

这里是在交互模式下工作，但一般来说，这种语句应该是当其所在的模块文件导入时运行的。就像通过def建立的函数，这个类在Python抵达并执行语句前是不会存在的。

就像所有的复合语句一样，class开头一行会列出类的名称，后面再接一个或多个内嵌并且缩进的语句的主体。

就像之前学过的，def其实是赋值运算。在这里把函数对象赋值给变量名setdata，而display位于class语句范围内，因此会产生附加在类上的属性：FirstClass.setdata和FirstClass.display。事实上，在类嵌套的代码块中顶层的赋值的任何变量名，都会变成类的属性。

位于类中的函数通常称为方法。方法时普通def，支持先去学过的函数的所有内容。在方法函数中，调用时，第一个参数（self）自动接收隐含的实例对象：调用的主体。下面建立这个类两个实例：

>>>x=FirstClass()
>>>y=FirstClass()

以此方式调用类时，【注意后面有小括号】，会产生实例对象。确切的讲，此时有三个对象：两个实例和一个类。

这两个实例一开始是空的，但是它们被连接到创建它们的类。如果对实例以及类对象内的属性名称进行点号运算，Python会通过继承搜索从类取得变量名。

>>>x.setdata('KingArthur')
>>>y.setdata(3.14159)

x或y本身都没有setdata属性，为了寻找这个属性，Python会顺着实例到类的连接搜索。而这就是所谓的Python的继承：继承是在属性点号运算时发生的，而且只与查找连接对象内的变量名有关。

在FirstClass的setdata函数中，传入的值会赋给self.data。在方法中，self(按惯例，这是最左侧参数的名称)会自动引用正在处理的实例（x或y）,所以赋值语句会把值储存在实例的命名空间，而不是类的命名空间。

因为类会产生多个实例，方法必须经过self参数才能获取正在处理的实例。当调用类的display方法来打印self.data时，会发现每个实例的值都不同。另外，变量名display在x和y之内都相同，因为它是来自于类的：

>>>x.display()
KingArthur
>>>y.display()
3.14159

注意：在每个实例内的data成员储存了不同对象类型（字符串和浮点数）。就像Python中的其他事物，实例属性并没有声明。首次赋值后，实例就会存在，就像简单的变量。事实上，如果在调用setdata之前，就对某一实例调用display，则会触发未定义变量名的错误：data属性以setdata方法赋值前，是不会在内存中存在的。

我们可以在类的内部或外部修改实例属性。在类内时，通过方法对self进行赋值运算，而在类外时，则可以通过对实例对象进行赋值运算：

>>>x.data='Newvalue'
>>>x.display()
Newvalue

虽然比较少见，通过在类方法函数外对变量名进行赋值运算，我们甚至可以在实例命名空间内产生全新的属性：

>>>x.anothername='spam'

这里会增加一个名为anothername的新属性，实例对象x的任何类方法都可以使用它。

不过，类通常是通过self参数进行赋值运算从而建立实例的所有属性的。

类通过继承进行定制

除了作为工厂来生成多个实例对象之外，类也可以引入新组件（子类）来进行修改，而不对现有组件进行原地的修改。由类产生的实例对象会继承该类的属性。

在Python中，实例从类中继承，而类继承于超类。以下是属性继承机制的核心观点：

1.超类列在了类开头的括号中。含有继承的类称为子类，而子类所继承的类就是其超类。

2.类从其超类中继承属性。就像实例继承其类中所定义的属性名一样，类也会继承其超类中定义的所有属性名称。当读取属性时，如果它不存在于子类中，Python会自动搜索这个属性。

3.每个object.attribute都会开启新的独立搜索。

4.逻辑的修改是通过创建子类，而不是修改超类。在树中层次较低的子类中重新定义超类的变量名，子类就可以取代并定制所继承的行为。

第二个例子

下个例子建立在上一个例子的基础之上。首先，定义一个新的类SecondClass，继承FirstClass所有变量名，并提供自己的一个变量名。

>>>classsecondClass(FirstClass):
defdisplay(self):
print('Currentvalue="%s"'%self.data)

SecondClass定义display方法以不同格式打印。定义一个和FirstClass中的属性同名的属性，SecondClass有效地取代其超类内的display属性。因为继承搜索会从实例向上进行，之后到子类，然后到超类，直到所找到的属性名称首次出现为止。

有时候，我们把这种在树中较低处发生的重新定义的、取代属性的动作称为【重载】。结果就是，SecondClass改变了display的行为，把FirstClass特定化了。另外，SecondClass（以及其任何实例）依然会继承FirstClass的setdata方法：

>>>z=SecondClass()
>>>z.setdata(42)
>>>z.display()
Currentvalue="42"

这里有一个和OOP相关的很重要的事情要留意：SecondClass引入的专有化完全是在FirstClass外部完成的。也就是说，不影响当前存在的或未来的FirstClass对象，就像上一个例子中的x：

>>>x.display()
Newvalue

类是模块内的属性

类的名称没有什么神奇之处。当class语句执行时，这只是赋值给对象的变量，而对象可以用任何普通表达式引用。

例如，如果FirstClass是写在模块文件内，而不是在交互模式下输入的，就可将其导入，在类开头的那行可以正常地使用它的名称。

frommodulenameimportFirstClass
classSecondClass(FirstClass):
defdisplay(self):...

或者，其等效写法：

importmodulename
classSecondClass(module.FirstClass):
defdisplay():...

像其他事物一样，类名称总是存在于模块中。每个模块可以任意混合任意数量的变量、函数以及类。文件food.py示例如下：

#food.py
var=1
deffunc():
...
classspam:
...
classham:
...
classeggs:
...

如果模块和类碰巧有相同的名称，也是如此。文件person.py，写法如下：

classperson:
...

需要像往常一样通过模块获取类：

importperson
x=person.person()

person.person()指的是person模块内的person类。只写person只会取得模块，而不是类，除非使用from语句。

frompersonimportperson
x=person()

Python的通用惯例之处，类名应该以一个大写字母开头，以使得他们更为清晰：

importperson
x=person.Person()

类可以截获Python运算符：运算符重载

运算符重载就是让类写成的对象，可以截获并响应用在内置类型上的运算：加法、切片、打印和点号运算等。

因为运算符重载，可以让我们自己的对象行为就像内置对象那样，这可促进对象接口更为一致并更易于学习，而且可让类对象由预期的内置类型接口的代码处理。以下是重载运算符主要概念的概要：

1.以双下划线命名的方法（__X__）是特殊钩子。Python运算符重载的实现是提供特殊命名的方法来拦截运算。Python语言替每种运算和特殊命名的方法之间，定义了固定不变的映射关系。

2.当实例出现在内置运算时，这类方法会自动调用。例如，如果实例对象继承了__add__方法，当对象出现在+表达式内时，该方法就会调用。该方法的返回值变成相应表达式的结果。

3.类可覆盖多数内置类型运算。有几十种特殊运算符重载的方法的名称，几乎可以截获并实现内置类型的所有运算。它不仅包括了表达式，而且像打印和对象建立这类基本运算也包括在内。

4.运算符覆盖方法没有默认值，而且也不需要。如果类没有定义或继承运算符重载方法，就是说相应的运算在类实例中并不支持。例如，如果没有__add__，+表达式就会引发异常。

5.运算符可让类与Python的对象模型相集成。

【不过，要注意的是，运算符重载是可选的功能，一般的应用程序开发并不需要，除非真的有特殊的需求需要模仿内置类型接口。】

第三个例子

这一次，要定义SecondClass的子类，实现三个特殊名称的属性，让Python自动进行调用：

1.当新的实例构造时，会调用__init__（self是新的ThirdClass对象）
2.当ThirdClass实例出现在+表达式中时，则会调用__add__。
3.当打印一个对象的时候（从技术上讲，当通过str内置函数或者其Python内部的等价形式来将其转换为打印字符串的时候），运行__str__

新的子类也定义了一个常规命名的方法，叫做mul，它在原处修改该实例的对象。如下是一个新的子类：

>>>classThirdClass(SecondClass):
def__init__(self,value):
self.data=value
def__add__(self,other):
returnThirdClass(self.data+other)
def__str__(self):
return'[ThirdClass:%s]'%self.data
defmul(self,other):
self.data*=other
>>>
>>>a=ThirdClass('abc')
>>>a.display()
Currentvalue="abc"
>>>print(a)
[ThirdClass:abc]
>>>b=a+'xyz'
>>>b.display()
Currentvalue="abcxyz"
>>>a.mul(3)
>>>print(a)
[ThirdClass:abcabcabc]

ThirdClass是一个SecondClass对象，所以其实例会继承SecondClass的display方法。但是，ThirdClass生成的调用现在会传递一个参数（例如，‘abc'），这是传给__init__构造函数内的参数value的，并将其值赋给self.data。直接效果就是，ThirdClass计划在构建时自动设置data属性，而不是在构建之后请求setdata调用。

此外，ThirdClass对象现在可以出现在+表达式和print调用中。对于+，Python把左侧的实例对象传给__add__中的self参数，而把右边的值传给other。__add__返回的内容成为+表达式的结果。对于print，Python把要打印的对象传递给__str__中的self；该方法返回的字符串看作是对象的打印字符串。使用__str__，我们可以用一个常规的print来显示该类的对象，而不是调用特殊的display方法。

__init__、__add__和__str__这样的特殊命名的方法会由子类和实例继承，就像这个类中赋值的其他变量名。Python通常会自动调用，但偶尔也能由程序代码调用。

【注意：只有在实现本质为数学的对象时，才会用到许多运算符重载方法。例如，向量或矩阵类可以重载加法运算符，但员工类可能就不用。就较简单的类而言，可能根本不会用到重载】

【几乎每个实例的类都会出现一个重载方法是：__init__构造函数。虽然Python不会对实例的属性进行声明，但通常也可以通过找到类的__init__方法的代码，而了解实例有哪些属性。】

注意：Python中没有Java中的方法重载，即方法名相同，但参数和参数类型不同，比如__init__函数只能有一个，取最后一个赋给__init__的函数对象。

>>>classTest:
def__init__():
pass
def__init__(self,name,age,sex):
self.name=name
self.age=age
self.sex=sex
>>>a=Test()
Traceback(mostrecentcalllast):
File"",line1,in
a=Test()
TypeError:__init__()missing3requiredpositionalarguments:'name','age',and'sex'

把两个__init__换了位置之后就没有报错了，因为__init__函数已经更改成了没有参数的：

>>>classTest:
def__init__(self,name,age,sex):
self.name=name
self.age=age
self.sex=sex
def__init__(self):
pass
>>>a=Test()

世界上最简单的Python类

实际上，我们建立的类可以什么东西都没有，下列语句建立一个类，其内完全没有附加的属性：

>>>classrec:pass

因为没有写任何方法，所以我们需要无操作的pass语句。以交互模式执行此语句，建立这个类后，就可以完全在最初的class语句外，通过赋值变量名给这个类增加属性：

>>>rec.name='Bob'
>>>rec.age=40

通过赋值语句创建这些属性后，就可以用一般的语法将它们取出。这样用时，类差不多就像C的struct，我们也可以用字典的键做类似的事情，但是需要额外的字符。

>>>print(rec.name)
Bob

现在建立两个该类的实例：

>>>x=rec()
>>>y=rec()
>>>x.name,y.name
('Bob','Bob')

这些实例本身没有属性，它们只是从类对象那里取出name属性。不过，如果把一个属性赋值给一个实例，就会在该对象内创建（或修改）该属性，而不会因属性的引用而启动继承搜索，因为属性赋值运算只会影响属性赋值所在的对象。在这里，x得到自己的name，但y依然继承附加在他的类上的name：

>>>x.name='Gavin'
>>>rec.name,x.name,y.name
('Bob','Gavin','Bob')

事实上，命名空间对象的属性通常都是以字典的形式实现的。例如，__dict__属性是针对大多数基于类的对象的命名空间字典。如下，名称和__X__内部名称集合所出现的顺序可能随着版本的不同而有所不同：

>>>rec.__dict__.keys()
dict_keys(['__weakref__','name','__module__','__doc__','age','__dict__'])
>>>list(x.__dict__.keys())
['name']
>>>list(y.__dict__.keys())
[]

在这里，类的字典显示出我们进行赋值了的name和age属性，x有自己的name，而y依然是空的。不过，每个实例都连接至其类以便于继承，如果你想查看的话，这个连接叫做__class__:

>>>x.__class__

类也有一个__bases__属性，它是其超类的元祖：

>>>rec.__bases__
(,)

这两个属性时Python在内存中类树常量的表示方式。

即使是方法也可以完全独立地在任意类对象的外部创建。例如，下列在任意类之外定义了一个简单函数，并带有一个参数：

>>>defupperName(self):
returnself.name.upper()

这里与类完全没有什么关系——这是一个简单函数，在此时就能予以调用，只要我们传入一个带有name属性的对象:

>>>upperName(x)
'GAVIN'

不过，如果我们把这个简单函数赋值成类的属性，就会变成方法，可以由任何实例调用：

>>>rec.method=upperName
>>>x.method()
'GAVIN'
>>>y.method()
'BOB'
>>>rec.method(x)
'GAVIN'

类与字典的关系

看如下字典的示例：

>>>rec={}
>>>rec['name']='mel'
>>>rec['age']=45
>>>rec['job']='trainer/writer'
>>>
>>>print(rec['name'])
mel

这段代码模拟了像其他语言中记录这样的工具，这里也可以用类做同样的事情：

>>>classrec:pass
>>>rec.name='mel'
>>>rec.age=45
>>>rec.job='trainer/writer'
>>>
>>>print(rec.age)
45

这段代码的语法比其字典等价形式要少很多。它使用了一个空的class语句来产生一个空的命名空间。

这是有效的，但是，对于我们将需要的每一条不同的记录，都需要一条新的class语句。更通俗的讲，我们可以产生一个空类的实例来表示每条不同的记录：

>>>classrec:pass
>>>pers1=rec()
>>>pers1.name='mel'
>>>pers1.job='trainer'
>>>pers1.age=40
>>>
>>>pers2=rec()
>>>pers2.name='vls'
>>>pers2.job='developer'
>>>
>>>pers1.name,pers2.name
('mel','vls')

这里，我们通过对属性赋值来填充记录，实际上，同一个类的实例甚至不一定必须有相同的一组属性名称，在这个示例中，pers1有唯一的age属性。每一个实例都有一个不同的属性字典。

最后，我们可以编写一个更完整的类来实现记录及处理：

>>>classPerson:
def__init__(self,name,job):
self.name=name
self.job=job
definfo(self):
return(self.name,self.job)
>>>rec1=Person('mel','trainer')
>>>rec2=Person('vls','developer')
>>>
>>>rec1.job,rec2.info()
('trainer',('vls','developer'))

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希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

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