Python 类和对象详细介绍

目录

• 对象 = 属性 + 方法
• self是什么
• 公有和私有
• 继承
• 调用未绑定的父类方法
• 使用super函数
• 多重继承
• 组合
• 构造和析构
• _ _init_ _(self[, …])构造方法
• _ _new_ _(cls[, …])方法
• _ _del_ _(self)析构方法
• 什么是绑定

对象 = 属性 + 方法

我们前面其实已经接触过封装的概念，把乱七八糟的数据扔进列表里面，这是一种封装，是数据层面的封装；把常用的代码段打包成一个函数，这也是一种封装，是语句层面的封装；现在我们要学习的对象，也是一种封装的思想， 对象的来源是模拟真是世界，将数据和代码都封装在了一起。

打个比方，乌龟就是真实世界的一个对象，通常会从两个部分来描述它。
（1）从静态的特征描述：例如，绿色的，有四条腿，有外壳等等，这是静态一方面的描述。
（2）从动态的行为描述：例如，它会爬，如果追它，它还会跑，有时还会咬人，睡觉等等，这都是从行为方面进行描述的。

Python中的对象也是如此，一个对象的特征称为“属性”，一个对象的行为称为“方法”。：

如果将乌龟写成代码，将会是下面这样：

class Turtle: # Python中的类名约定以大写字母开头

    # 特征的描述称为属性，在代码层面看来其实就是变量
    color = 'green'
    legs = 4
    shell = True

    # 方法实际就是函数，通过调用这些函数来完成某些工作
    def climb(self):
        print('向前爬')
    def run(self):
        print('向前跑')
    def bite(self):
        print('咬人')
    def sleep(self):
        print('睡觉')

以上代码定义了对象的特征（属性）和行为（方法），但还不是一个完整的对象，将定义的这些称为类（Class）。需要使用类来创建一个真正的对象，这个对象就叫作这个类的一个实例（Instance），也叫实例对象（Instance Objects）。
举个例子，这就像工厂需要生产一系列玩具，需要先作出这个玩具的模具，然后根据这个模具再进行批量生产。

那么怎么创建真正的实例对象呢？创建一个对象，也叫类的实例化，其实很简单：

# 首先要有上面那一段类的定义
tt = Turtle()

注意：类名后面跟着小括号，这跟调用函数是一样的。所以在Python中，类名约定用大写字母开头，函数用小写字母开头，这样更容易区分。另外，赋值操作并不是必需的，但如果没有把创建好的实例对象赋值给一个变量，这个对象就没办法使用，因为没有引用指向这个实例，最终会被Python的垃圾回收机制自动回收。

如果要 调用对象里的方法，使用点操作符（.） 即可。

接下来我们看一段代码，再深入理解一下类、类对象和实例对象三个概念：

从这个例子可以看出，对实例对象c的count属性进行赋值后，就相当于覆盖了类对象C的count属性。如下图所示，如果没有赋值覆盖，那么引用的是类对象的count属性。

需要注意的是，类中定义的属性是静态变量，类的属性是与类对象进行绑定，并不会依赖任何它的实例对象。

另外，如果属性的名字跟方法名相同，属性会覆盖方法：

为了避免名字上的冲突，应该遵守一些约定俗成的规矩：
（1）不要试图在一个类里面定义出所有能想到的特性和方法，应该利用继承和组合机制进行扩展。
（2）用不同的词性命名，如属性名用名词、方法名用动词，并使用驼峰命名法等。

self是什么

细心的读者发现对象的方法都会有一个self参数，那么这个self是什么呢？如果你接触过C++，那么你应该很容易对号入座，Python的self其实就相当于C++的this指针。

如果你此前没有接触过任何编程语言，那么简单说，如果把类比作图纸，那么由类实例化后的对象才是真正可以住的房子。根据一张图纸可以设计出成千上万的房子，它们外观都差不多，但是每一个房子都有不同的主人。每个人要找到自己的房子，那self就相当于这里的门牌号，有了self，你就可以轻松找到自己的房子。

Python的self参数就是同一个道理，由一个类可以生成无数个对象，当一个对象方法被调用的时候，对象会将自身的引用作为第一个参数传给该方法，那么Python就知道需要操作哪个对象的方法了。

举个简单的例子：

公有和私有

一般面向对象的编程语言都会区分公有和私有的数据类型，像C++和Java它们使用public和private关键字用于声明数据是公有的还是私有的，但在Python中并没有类似的关键字来修饰。

默认上对象的属性和方法都是公开的，可以直接通过点操作符（.）进行访问：

为了实现类似私有变量的特征，Python内部采用了一种叫name mangling（名字改编）的技术，在Python中定义私有变量只需要在变量名或函数名前加上“_ _”两个下划线，那么这个函数或变量就会成为私有的了：

这样，在外部将变量名“隐藏”起来了，理论上如果要访问，就要从内部进行：

但是认真想一下这个技术的名字name mangling（名字改编），那就不难发现其实Python只是把双下横线开头的变量进行了改名而已。实际上，在外部使用“_类名_ _变量名”即可访问双下横线开头的私有变量了：

说明：Python目前的私有机制其实是伪私有的，Python的类是没有权限控制的，所有的变量都是可以被外部调用的。

继承

举个例子来说明继承。例如现在有个游戏，需要对鱼类进行细分，有金鱼（Goldfish）、鲤鱼（Carp）、三文鱼（Salmon）以及鲨鱼（Shark）。那么我们能不能不要每次都从头到尾去重新定义一个新的鱼类呢？因为我们知道大多数鱼的属性和方法是相似的，如果有一种机制可以让这些相似的东西得以自动传递，那么就方便多了。这就是继承。

继承的语法很简单：

c l a s s 类 名 （ 被 继 承 的 类 ） : . . . class 类名（被继承的类）: \\ \quad ... class类名（被继承的类）:...

被继承的类称为基类、父类或超类；继承者称为子类，一个子类可以继承它的父类的任何属性和方法。

举个例子：

需要注意的是，如果子类中定义与父类同名的方法或属性，则会自动覆盖父类对应的方法或属性：

接下来，尝试写一下开头提到的金鱼（Goldfish）、鲤鱼（Carp）、三文鱼（Salmon）以及鲨鱼（Shark）的例子。

import random as r
class Fish:
    def __init__(self):
        self.x = r.randint(0, 10)
        self.y = r.randint(0, 10)
    def move(self):
        # 这里主要演示类的继承机制，就不考虑检查场景边界和移动方向问题
        # 假设所有的鱼都是一路向西游
        self.x -= 1
        print("我的位置是：", self.x, self.y)
# 金鱼
class Goldfish(Fish):
    pass
# 鲤鱼
class Carp(Fish):
    pass
#三文鱼
class Salmon(Fish):
    pass
# 上面三种鱼都是食物，直接继承Fish类的全部属性和方法
# 下面定义鲨鱼类，除了继承Fish类的属性和方法，还要添加一个吃的方法
class Shark(Fish):
    def __init__(self):
        self.hungry = True
    def eat(self):
        if self.hungry:
            print("吃掉你!")
            self.hungry = False
        else:
            print("太饱了，吃不下了~")

首先运行这段代码，然后进行测试：

同样是继承于Fish类，为什么金鱼（goldfish）可以移动，而鲨鱼（shark）一移动就报错呢？
可以看到报错提示为：Shark对象没有x属性，这是因为在Shark类中，重写了_ _init_ _()方法，但新的_ _init_ _()方法里面没有初始化鲨鱼的x坐标和y坐标，因此调用move()方法就会出错。
那么解决这个问题，只要在鲨鱼类中重写_ _init_ _()方法的时候先调用基类Fish的_ _init_ _()方法。

下面介绍两种可以实现的技术：

• （1）调用未绑定的父类方法
• （2）使用super函数

调用未绑定的父类方法

什么是调用未绑定的父类方法？举个例子：

修改之后，再运行下发现鲨鱼也可以成功移动了：

这里需要注意的是，这个self并不是父类Fish的实例对象，而是子类Shark的实例对象。所以这里说的未绑定是指并不需要绑定父类的实例对象，使用子类的实例对象代替即可。

使用super函数

super函数能够帮助我们自动找到基类的方法，而且还为我们传入了self参数，这样就不需要做这些事情了：

运行后得到同样的结果：

多重继承

除此之外，Python还支持多重继承，就是可以同时继承多个父类的属性和方法：

c l a s s 类 名 ( 父 类 1 ， 父 类 2 ， 父 类 3 ， . . . ) : . . . class 类名(父类1，父类2，父类3，...):\\ \quad ... class类名(父类1，父类2，父类3，...):...

举个例子：

这就是基本的多重继承语法，但多重继承很容易导致代码混乱，所以当你不确定是否真的必须使用多重继承的时候，请尽量避免使用它，因为有些时候会出现不可预见的BUG。

组合

前面学习了继承的概念，又提到了多重继承，但如果现在我们有了乌龟类、鱼类，现在要求定义一个类，叫水池，水池里要有乌龟和鱼。用多重继承就显得很奇怪，因为水池和乌龟、鱼是不同物种，那怎样把它们组合成一个水池的类呢？
其实在Python中很简单，直接把需要的类放进去实例化就可以了，这就叫组合：

先运行上段代码，然后测试：

构造和析构

Python的对象有许多神奇的方法，如果你的对象实现了这些方法中的某一个，那么这个方法就会在特殊情况下被Python所调用，而这一切都是自动发生的。

_ _init_ _(self[, …])构造方法

通常把_ _init_ _()方法称为构造方法，只要实例化一个对象，这个方法就会在对象被创建时自动调用。实例化对象时是可以传入参数的，这些参数会自动传入_ _init_ _()方法中，可以通过重写这个方法来自定义对象的初始化操作。

举个例子：

有些读者可能会问，有些时候在类定义时写_ _init_ _()方法，有时候却没有，这是为什么呢？看下面这个例子：

这里需要注意的是，_ _init_ _()方法的返回值一定是None，不能是其他：

所以，一般在需要进行初始化的时候才重写_ _init_ _()方法。所以这个_ _init_ _()方法并不是实例化对象时第一个被调用的方法。

_ _new_ _(cls[, …])方法

_ _new_ _()方法才是一个对象实例化的时候所调用的第一个方法。与其他方法不同的是，它的第一个参数不是self而是这个类（cls），而其他的参数会直接传递给_ _init_ _()方法的。

_ _new_ _()方法需要返回一个实例对象，通常是cls这个类实例化的对象，当然你也可以返回其他对象。

_ _new_ _()方法平时很少去重写它，一般让Python用默认的方案执行即可。但是有一种情况需要重写这个方法，就是当继承一个不可变的类型的时候，它的特性就显得尤为重要了。

_ _del_ _(self)析构方法

如果说_ _init_ _()和_ _new_ _()方法是对象的构造器的话，那么Python也提供了一个析构器，叫作_ _del_ _()方法。当对象将要被销毁的时候，这个方法就会被调用。但是需要注意的是，并非 del x 就相当于自动调用 x._ _del_ _()，_ _del_ _()方法是当垃圾回收机制回收这个对象的时候调用的。 举个例子：

什么是绑定

前面提到过绑定的概念，那到底什么是绑定呢？Python中严格要求了方法需要有实例才能被调用，这种限制其实就是Python所谓的绑定概念。

有人可能会这么尝试，而且发现也可以调用：

但是，这样做会有一个问题，就是根据类实例化后的对象根本无法调用里面的函数：

实际上是由于Python的绑定机制，这里自动把bb对象作为第一个参数传入，所以才会出现TypeError。

再看一个例子：

_ _dict_ _属性是由一个字典组成，字典中仅有实例对象的属性，不显示类属性和特殊属性，键表示的是属性名，值表示属性相应的数据值。

现在实例对象dd有了两个新属性，而且这两个属性是仅属于实例对象的：

为什么会这样？其实这完全归功于self参数：当实例对象dd去调用setXY方法的时候，它传入的第一个参数就是dd，那么self.x = 4, self.y = 5也就相当于dd.x = 4, dd.y = 5，所以在实例对象，甚至类对象中都看不到x和y，是因为这两个属性是只属于实例对象dd的。

如果把类实例删掉，实例对象dd还能否调用printXY方法？答案是可以的：

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