Python入門篇之物件導向

物件導向設計與物件導向編程的關係

物件導向設計（OOD）不會特別要求物件導向程式設計語言。事實上，OOD 可以由純結構化語言來實現，比如 C，但如果想要構造具備對象性質和特點的資料類型，就需要在程式上作更多的努力。當一門語言內建 OO 特性，OO 編程開發就會更加方便高效。另一方面，一門物件導向的語言不一定會強制你寫 OO 方面的程式。例如 C++可以被認為“更好的C”；而 Java，則要求萬物皆類，此外還規定，一個源檔案對應一個類定義。然而，在 Python 中，類和 OOP 都不是日常編程所必需的。儘管它從一開始設計就是物件導向的，並且結構上支援 OOP，但Python 沒有限定或要求你在你的應用中寫 OO 的代碼。OOP 是一門強大的工具，不管你是準備進入，學習，過渡，或是轉向 OOP，都可以任意支配。考慮用 OOD 來工作的一個最重要的原因，在於它直接提供建模和解決現實世界問題和情形的途徑。

類

類是一種資料結構，我們可以用它來定義對象，後者把資料值和行為特性融合在一起。類是現實世界的抽象的實體以編程形式出現。執行個體是這些對象的具體化。可以類比一下，類是藍圖或者模型，用來產生真實的物體（執行個體）。類還可以派生出相似但有差異的子類。編程中類的概念就應用了很多這樣的特徵。在 Python 中，類聲明與函式宣告很相似，頭一行用一個相應的關鍵字，接下來是一個作為它的定義的代碼體，如下所示：

代碼如下:

def functionName(args):
'function documentation string' #函數文檔字串
function_suite #函數體
class ClassName(object):
'class documentation string' #類文檔字串
class_suite #類體

二者都允許你在他們的聲明中建立函數，閉包或者內建函式（即函數內的函數），還有在類中定義的方法。最大的不同在於你運行函數，而類會建立一個對象。類就像一個 Python 容器類型。儘管類是對象（在 Python 中，一切皆對象），但正被定義時，它們還不是對象的實現。

建立類

Python 類使用 class 關鍵字來建立。簡單的類的聲明可以是關鍵字後緊跟類名：

代碼如下:

class ClassName(bases):
'class documentation string' #'類文檔字串'
class_suite #類體

基類是一個或多個用於繼承的父類的集合；類體由所有聲明語句，類成員定義，資料屬性和函數組成。類通常在一個模組的頂層進行定義，以便類執行個體能夠在類所定義

的原始碼檔案中的任何地方被建立。

聲明與定義
對於 Python 函數來說，聲明與定義類沒什麼區別，因為他們是同時進行的，定義（類體）緊跟在聲明（含 class 關鍵字的頭行[header line])和可選的文檔字串後面。同時，所有的方法也必須同時被定義。如果對 OOP 很熟悉，請注意 Python 並不支援純虛函數（像 C++）或者抽象方法（如在 JAVA 中），這些都強製程序員在子類中定義方法。作為替代方法，你可以簡單地在基類方法中引發 NotImplementedError 異常，這樣可以獲得類似的效果。

類屬性

屬性就是屬於另一個對象的資料或者函數元素,可以通過我們熟悉的句點屬性標識法來訪問。一些 Python 類型比如複數有資料屬性（實部和虛部），而另外一些，像列表和字典，擁有方法（函數屬性）。

有關屬性的一個有趣的地方是，當你正訪問一個屬性時，它同時也是一個對象，擁有它自己的屬性，可以訪問，這導致了一個屬性鏈，比如，myThing,subThing,subSubThing.等等

類的資料屬性

資料屬性僅僅是所定義的類的變數。它們可以像任何其它變數一樣在類建立後被使用，並且，要麼是由類中的方法來更新，要麼是在主程式其它什麼地方被更新。
這種屬性已為 OO 程式員所熟悉，即靜態變數，或者是待用資料。它們表示這些資料是與它們所屬的類對象綁定的，不依賴於任何類執行個體。如果你是一位 Java 或 C++程式員，這種類型的資料相當於在一個變數聲明前加上 static 關鍵字。靜態成員通常僅用來跟蹤與類相關的值。

看下面的例子，使用類資料屬性(foo):

代碼如下:

>>> class c(object):
foo = 100
>>> print c.foo
100
>>> c.foo+=1
>>> c.foo
101

方法

代碼如下:

>>> class MyClass(object):
def myNoActionMethod(self):
pass
>>> mc = MyClass()
>>> mc.myNoActionMethod()

任何像函數一樣對 myNoActionMethod 自身的調用都將失敗：

代碼如下:

>>> myNoActionMethod() Traceback (innermost last):
File "", line 1, in ?
myNoActionMethod() NameError: myNoActionMethod

甚至由類對象調用此方法也失敗了。

代碼如下:

>>> MyClass.myNoActionMethod() Traceback (innermost last):
File "", line 1, in ?
MyClass.myNoActionMethod()
TypeError: unbound method must be called with class
instance 1st argument

綁定（綁定及非Binder 方法）
為與 OOP 慣例保持一致，Python 嚴格要求，沒有執行個體，方法是不能被調用的。這種限制即 Python所描述的綁定概念(binding)，在此，方法必須綁定（到一個執行個體）才能直接被調用。非綁定的方法可能可以被調用，但執行個體對象一定要明確給出，才能確保調用成功。然而，不管是否綁定，方法都是它所在的類的固有屬性，即使它們幾乎總是通過執行個體來調用的。

決定類的屬性

要知道一個類有哪些屬性，有兩種方法。最簡單的是使用 dir()內建函數。另外是通過訪問類的字典屬性__dict__，這是所有類都具備的特殊屬性之一。

看一下下面的例子：

代碼如下:

>>> class myclass(object):
'myclass class definition' #類定義
myVersion = '1.1' #待用資料
def showVesion(self): #方法
print myclass.myVersion

>>> dir(myclass)

運行結果：

代碼如下:

['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'myVersion', 'showVesion']

使用：

代碼如下:

>>> myclass.__dict__
dict_proxy({'__module__': '__main__', 'showVesion': , '__dict__': , 'myVersion': '1.1', '__weakref__': , '__doc__': 'myclass class definition'})

從上面可以看到，dir()返回的僅是對象的屬性的一個名字列表，而__dict__返回的是一個字典，它的鍵(keys)是屬性名稱，索引值(values)是相應的屬性對象的資料值。
結果還顯示了 MyClass 類中兩個熟悉的屬性，showMyVersion 和 myVersion，以及一些新的屬性。這些屬性，__doc__及__module__，是所有類都具備的特殊類屬性(另外還有__dict__)。。內建的 vars()函數接受類對象作為參數，返回類的__dict__屬性的內容。

特殊的類屬性

對任何類Ｃ，表顯示了類Ｃ的所有特殊屬性：
C.__name__ 類Ｃ的名字（字串）
C.__doc__ 類Ｃ的文檔字串
C.__bases__ 類Ｃ的所有父類構成的元組
C.__dict__ 類Ｃ的屬性
C.__module__ 類Ｃ定義所在的模組（1.5 版本新增）
C.__class__ 執行個體Ｃ對應的類（僅新式類中）

代碼如下:

>>> myclass.__name__
'myclass'
>>> myclass.__doc__
'myclass class definition'
>>> myclass.__bases__
(,)
>>> print myclass.__dict__
{'__module__': '__main__', 'showVesion': , '__dict__': , 'myVersion': '1.1', '__weakref__': , '__doc__': 'myclass class definition'}
>>> myclass.__module__
'__main__'
>>> myclass.__class__

執行個體

如果說類是一種資料結構定義類型，那麼執行個體則聲明了一個這種類型的變數。執行個體是那些主要用在運行期時的對象，類被執行個體化得到執行個體，該執行個體的類型就是這個被執行個體化的類。

初始化：通過調用類對象來建立執行個體

Python 的方式更加簡單。一旦定義了一個類，建立執行個體比調用一個函數還容易------不費吹灰之力。執行個體化的實現，可以使用函數操作符，如下示：

>>> class MyClass(object): # define class 定義類
pass
>>> mc = MyClass() # instantiate class 初始化類
__init__()"構造器"方法

當類被調用，執行個體化的第一步是建立執行個體對象。一旦對象建立了，Python 檢查是否實現了__init__()方法。預設情況下，如果沒有定義（或覆蓋）特殊方法__init__()，對執行個體不會施加任何特別的操作.任何所需的特定操作，都需要程式員實現__init__()，覆蓋它的預設行為。

如果__init__()沒有實現，則返回它的對象，執行個體化過程完畢。

如果__init__()已經被實現，那麼它將被調用，執行個體對象作為第一個參數(self)被傳遞進去，像標準方法調用一樣。調用類時，傳進的任何參數都交給了__init__()。實際中，你可以想像成這樣：把建立執行個體的調用當成是對構造器的調用。

__new__()“構造器”方法

與__init__()相比，__new__()方法更像一個真正的構造器。需要一種途徑來執行個體化不可變對象，比如，派生字串，數字，等等。在這種情況下，解譯器則調用類的__new__()方法，一個靜態方法，並且傳入的參數是在類執行個體化操作時產生的。__new__()會調用父類的__new__()來建立對象（向上代理）。__new__()必須返回一個合法的執行個體。

__del__()"解構器"方法

同樣，有一個相應的特殊解構器（destructor）方法名為__del__()。然而，由於 Python 具有垃圾對象回收機制（靠引用計數)，這個函數要直到該執行個體對象所有的引用都被清除掉後才會執行。Python 中的解構器是在執行個體釋放前提供特殊處理功能的方法，它們通常沒有被實現，因為執行個體很少被顯式釋放。

注意：Python 沒有提供任何內部機制來跟蹤一個類有多少個執行個體被建立了，或者記錄這些執行個體是些什麼東西。如果需要這些功能，你可以顯式加入一些代碼到類定義或者__init__()和__del__()中去。最好的方式是使用一個靜態成員來記錄執行個體的個數。靠儲存它們的引用來跟蹤執行個體對象是很危險的，因為你必須合理管理這些引用，不然，你的引用可能沒辦法釋放（因為還有其它的引用）！看下面一個例子：

代碼如下:

>>> class instCt(object):
count = 0
def __init__(self):
instCt.count += 1
def __del__(self):
instCt.count -= 1
def howMany(self):
return instCt.count

>>> a = instCt()
>>> b = instCt()
>>> b.howMany()
2
>>> a.howMany()
2
>>> del b
>>> a.howMany()
1
>>> del a
>>> instCt.count
0

執行個體屬性

設定執行個體的屬性可以在執行個體建立後任意時間進行，也可以在能夠訪問執行個體的代碼中進行。構造器__init()__是設定這些屬性的關鍵點之一

能夠在“運行時”建立執行個體屬性，是 Python 類的優秀特性之一，Python 不僅是動態類型，而且在運行時，允許這些對象屬性的動態建立。這種特性讓人愛不釋
手。當然，建立這樣的屬性時，必須謹慎。一個缺陷是，屬性在條件陳述式中建立，如果該條件陳述式塊並未被執行，屬性也就不存在，而你在後面的代碼中試著去訪問這些屬性，就會有錯誤發生。

預設參數提供預設的執行個體安裝
在實際應用中，帶預設參數的__init__()提供一個有效方式來初始化執行個體。在很多情況下，預設值表示設定執行個體屬性的最常見的情況，如果提供了預設值，我們就沒必要顯式給構造器傳值了。

代碼如下:

>> class HotelRoomCalc(object):
'hotel room rate calculate'
def __init__(self, rt, sales = 0.085, rm = 0.1):
'''HotelRoomCalc default arguments:
sales tax == 8.5% and room tax == 10%'''
self.salesTax = sales
self.roomTax = rm
self.roomRate = rt
def calcTotal(self, days = 1):
'Calculate total: default to daily rate'
daily = round((self.roomRate * 14 * (1+self.roomTax + self.salesTax)),2)
return float(days) * daily

>>> sfo = HotelRoomCalc(299)
>>> sfo.calcTotal()
4960.41
>>> sfo.calcTotal(2)
9920.82
>>> sea = HotelRoomCalc(189, 0.086, 0.085)
>>> sea.calcTotal()
3098.47
>>> sea.calcTotal(4)
12393.88

函數所有的靈活性，比如預設參數，也可以應用到方法中去。在執行個體化時，可變長度參數也是一個好的特性

__init__()應當返回 None
採用函數操作符調用類對象會建立一個類執行個體，也就是說這樣一種調用過程返回的對象就是執行個體，下面樣本可以看出：

代碼如下:

>>> class MyClass(object):
pass

>>> mc = MyClass()
>>> mc
<__main__.MyClass object at 0x0134E610>

如果定義了構造器，它不應當返回任何對象，因為執行個體對象是自動在執行個體化調用後返回的。相應地，__init__()就不應當返回任何對象（應當為 None）；否則，就可能出現衝突，因為只能返回執行個體。試著返回非 None 的任何其它對象都會導致 TypeError 異常：

代碼如下:

>>> class MyClass:
def __init__(self):
print 'initialized'
return 1

>>> mc = MyClass()
initialized
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
mc = MyClass()
TypeError: __init__() should return None

查看執行個體屬性

內建函數 dir()可以顯示類屬性，同樣還可以列印所有執行個體屬性：

代碼如下:

>>> c = C()
>>> c.foo = 'he'
>>> c.bar = 'isa'
>>> dir(c)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'bar', 'foo']

與類相似，執行個體也有一個__dict__特殊屬性（可以調用 vars()並傳入一個執行個體來擷取），它是執行個體屬性構成的一個字典：

代碼如下:

>>> c.__dict__
{'foo': 'he', 'bar': 'isa'}

特殊的執行個體屬性

執行個體僅有兩個特殊屬性。對於任意對象I:
I.__class__ 執行個體化 I 的類
I.__dict__ I 的屬性

代碼如下:

>>> class C(object):
　　pass
>>> c = C()
>>> dir(c)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']
>>> c.__dict__
{}
>>> c.__class__
>>> #可以看到，c還沒有屬性
>>> c.foo = 1
>>> c.bar = 'ewe'
>>> '%d can of %s please' % (c.foo, c.bar)
'1 can of ewe please'
>>> c.__dict__
{'foo': 1, 'bar': 'ewe'}

內建類型屬性

內建類型也是類，對內建類型也可以使用dir()，與任何其它對象一樣，可以得到一個包含它屬性名稱字的列表：

代碼如下:

>>> x = 2 + 2.4j
>>> x.__class__

>>> dir(x)
['__abs__', '__add__', '__class__', '__coerce__', '__delattr__', '__div__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__int__', '__le__', '__long__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__nonzero__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rdiv__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rmod__', '__rmul__', '__rpow__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', 'conjugate', 'imag', 'real']

試著訪問__dict__會失敗，因為在內建類型中，不存在這個屬性

執行個體屬性 vs 類屬性

類屬性僅是與類相關的資料值，和執行個體屬性不同，類屬性和執行個體無關。這些值像靜態成員那樣被引用，即使在多次執行個體化中調用類，它們的值都保持不變。不管如何，靜態成員不會因為執行個體而改變它們的值，除非執行個體中顯式改變它們的值。類和執行個體都是名字空間。類是類屬性的名字空間，執行個體則是執行個體屬性的。
關於類屬性和執行個體屬性，還有一些方面需要指出。可採用類來訪問類屬性，如果執行個體沒有同名的屬性的話，你也可以用執行個體來訪問。

訪問類屬性
類屬性可通過類或執行個體來訪問。下面的樣本中，類 C 在建立時，帶一個 version 屬性，這樣通過類對象來訪問它是很自然的了，比如，C.version

代碼如下:

>>> class C(object):
version = 2

>>> c = C()
>>> C.version
2
>>> c.version
2
>>> C.version += 2
>>> C.version
4
>>> c.version
4

從執行個體中訪問類屬性須謹慎

與通常 Python 變數一樣，任何對執行個體屬性的賦值都會建立一個執行個體屬性（如果不存在的話）並且對其賦值。如果類屬性中存在同名的屬性，副作用即產生。

代碼如下:

>>> class Foo(object):
x = 1

>>> foo =Foo()
>>> foo.x
1
>>> foo.x = 2
>>> Foo.x
1

使用del後

代碼如下:

>>> del foo.x
>>> foo.x
1

靜態成員，如其名所言，任憑整個執行個體（及其屬性）的如何進展，它都不理不採（因此獨立於執行個體）。同時，當一個執行個體在類屬性被修改後才建立，那麼更新的值就將生效。類屬性的修改會影響到所有的執行個體：

代碼如下:

>>> class C(object):
spam = 11

>>> c1 = C()
>>> c1.spam
11
>>> C.spam += 2
>>> C.spam
13
>>> c1.spam
13
>>> c2 = C()
>>> c2.spam
13
>>> del c1
>>> C.spam += 3
>>> c2.spam
16

正如上面所看到的那樣，使用執行個體屬性來試著修改類屬性是很危險的。原因在於執行個體擁有它們自已的屬性集，在 Python 中沒有明確的方法來指示你想要修改同名的類屬性，修改類屬性需要使用類名，而不是執行個體名。

靜態方法和類方法

靜態方法和類方法在 Python2.2 中引入。經典類及新式(new-style)類中都可以使用它。一對內建函數被引入,用於將作為類定義的一部分的某一方法聲明“標記”(tag)，“強制類型轉換”(cast)或者“轉換”(convert)為這兩種類型的方法之一。

現在讓我們看一下在經典類中建立靜態方法和類方法的一些例子:

代碼如下:

>>> class TestStaticMethod:
def foo():
print 'calling static method foo()'
foo = staticmethod(foo)

>>> class TestClassMethod:
def foo(cls):
print 'calling class method foo()'
print 'foo() is part of class:', cls.__name__
foo = classmethod(foo)

對應的內建函數被轉換成它們相應的類型，並且重新賦值給了相同的變數名。如果沒有調用這兩個函數，二者都會在 Python 編譯器中產生錯誤，顯示需要帶 self 的常規方法聲明。

代碼如下:

>>> tsm = TestStaticMethod()
>>> TestStaticMethod.foo()
calling static method foo()
>>> tsm.foo()
calling static method foo()
>>> tcm = TestClassMethod()
>>> TestClassMethod.foo()
calling class method foo()
foo() is part of class: TestClassMethod
>>> tcm.foo()
calling class method foo()
foo() is part of class: TestClassMethod

使用函數修飾符:

在 Python2.4 中加入的新特徵。你可以用它把一個函數應用到另個函數對象上, 而且新函數對象依然綁定在原來的變數。我們正是需要它來整理文法。通過使用 decorators，我們可以避免像上面那樣的重新賦值：

代碼如下:

>>> class TestStaticMethod:
@staticmethod
def foo():
print 'calling static method foo()'

>>> class TestClassMethod:
@classmethod
def foo(cls):
print 'calling class method foo()'
print 'foo() is part of class:', cls.__name__

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