Python面向?qū)ο缶幊讨械念惡蛯?duì)象學(xué)習(xí)教程

更新時(shí)間：2015年03月30日 12:06:15 作者：intermediatepythonista

這篇文章主要介紹了Python面向?qū)ο缶幊讨械念惡蛯?duì)象學(xué)習(xí)教程,面向?qū)ο笫荘ython的基礎(chǔ)特性，其中的類與對(duì)象的特性和使用方法是Python學(xué)習(xí)當(dāng)中的基本功，需要的朋友可以參考下

Python中一切都是對(duì)象。類提供了創(chuàng)建新類型對(duì)象的機(jī)制。這篇教程中，我們不談?lì)惡兔嫦驅(qū)ο蟮幕局R(shí)，而專注在更好地理解Python面向?qū)ο缶幊躺?。假設(shè)我們使用新風(fēng)格的python類，它們繼承自object父類。
定義類

class 語句可以定義一系列的屬性、變量、方法，他們被該類的實(shí)例對(duì)象所共享。下面給出一個(gè)簡單類定義：

class Account(object):
  num_accounts = 0
 
  def __init__(self, name, balance):
   self.name = name
   self.balance = balance
   Account.num_accounts += 1
 
  def del_account(self):
   Account.num_accounts -= 1
 
  def deposit(self, amt):
   self.balance = self.balance + amt
 
  def withdraw(self, amt):
   self.balance = self.balance - amt
 
  def inquiry(self):
   return self.balance

類定義引入了以下新對(duì)象：

    類對(duì)象
    實(shí)例對(duì)象
    方法對(duì)象

類對(duì)象

程序執(zhí)行過程中遇到類定義時(shí)，就會(huì)創(chuàng)建新的命名空間，命名空間包含所有類變量和方法定義的名稱綁定。注意該命名空間并沒有創(chuàng)建類方法可以使用的新局部作用域，因此在方法中訪問變量需要全限定名稱。上一節(jié)的Account類演示了該特性；嘗試訪問num_of_accounts變量的方法需要使用全限定名稱Account.num_of_accounts，否則，如果沒有在__init__方法中使用全限定名稱，會(huì)引發(fā)如下錯(cuò)誤：

class Account(object):
 num_accounts = 0
 
 def __init__(self, name, balance):
  self.name = name
  self.balance = balance
  num_accounts += 1
 
 def del_account(self):
  Account.num_accounts -= 1
 
 def deposit(self, amt):
  self.balance = self.balance + amt
 
 def withdraw(self, amt):
  self.balance = self.balance - amt
 
 def inquiry(self):
  return self.balance
 
&gt;&gt;&gt; acct = Account('obi', 10)
Traceback (most recent call last):
 File "python", line 1, in &lt;module&gt;
 File "python", line 9, in __init__
UnboundLocalError: local variable 'num_accounts' referenced before assignment

類定義執(zhí)行的最后，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)類對(duì)象。在進(jìn)入類定義之前有效的那個(gè)作用域現(xiàn)在被恢復(fù)了，同時(shí)類對(duì)象被綁定到類定義頭的類名上。

先偏離下話題，你可能會(huì)問如果創(chuàng)建的類是對(duì)象，那么類對(duì)象的類是什么呢？。與一切都是對(duì)象的python哲學(xué)一致，類對(duì)象確實(shí)有個(gè)類，即python新風(fēng)格類中的type類。

>>> type(Account)
<class 'type'>

讓你更迷惑一點(diǎn)，Account類型的類型是type。type類是個(gè)元類，用于創(chuàng)建其他類，我們稍后教程中再介紹。

類對(duì)象支持屬性引用和實(shí)例化。屬性通過標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)語法引用，即對(duì)象后跟句點(diǎn)，然后是屬性名：obj.name。有效的屬性名是類對(duì)象創(chuàng)建后類命名空間中出現(xiàn)的所有變量和方法名。例如：

>>> Account.num_accounts
>>> 0
>>> Account.deposit
>>> <unbound method Account.deposit>

類實(shí)例化使用函數(shù)表示法。實(shí)例化會(huì)像普通函數(shù)一樣無參數(shù)調(diào)用類對(duì)象，如下文中的Account類：

>>> Account()

類對(duì)象實(shí)例化之后，會(huì)返回實(shí)例對(duì)象，如果類中定義了__init__方法，就會(huì)調(diào)用，實(shí)例對(duì)象作為第一個(gè)參數(shù)傳遞過去。這個(gè)方法會(huì)進(jìn)行用戶自定義的初始化過程，比如實(shí)例變量的初始化。Account類為例，賬戶name和balance會(huì)被設(shè)置，實(shí)例對(duì)象的數(shù)目增加1。
實(shí)例對(duì)象

如果類對(duì)象是餅干切割刀，餅干就是實(shí)例化類對(duì)象的結(jié)果。實(shí)例對(duì)象上的全部有效操作為對(duì)屬性、數(shù)據(jù)和方法對(duì)象的引用。
方法對(duì)象

方法對(duì)象和函數(shù)對(duì)象類似。如果x是Account類的實(shí)例，x.deposit就是方法對(duì)象的例子。方法定義中有個(gè)附加參數(shù)，self。self指向類實(shí)例。為什么我們需要把實(shí)例作為參數(shù)傳遞給方法？方法調(diào)用能最好地說明：

>>> x = Account()
>>> x.inquiry()
10

實(shí)例方法調(diào)用時(shí)發(fā)生了什么？你應(yīng)該注意到x.inquiry()調(diào)用時(shí)沒有參數(shù)，雖然方法定義包含self參數(shù)。那么這個(gè)參數(shù)到底發(fā)生了什么？

特殊之處在于方法所作用的對(duì)象被作為函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)傳遞過去。在我們的例子中，對(duì)x.inquiry()的調(diào)用等價(jià)于Account.f(x)。一般，調(diào)用n參數(shù)的方法等同于將方法的作用對(duì)象插入到第一個(gè)參數(shù)位置。

python教程上講：

當(dāng)引用的實(shí)例屬性不是數(shù)據(jù)屬性時(shí)，就會(huì)搜索類。如果名稱表示一個(gè)合法的函數(shù)對(duì)象，實(shí)例對(duì)象和函數(shù)對(duì)象將會(huì)被打包到一個(gè)抽象對(duì)象，即方法對(duì)象中。包含參數(shù)列表的方法對(duì)象被調(diào)用時(shí)，將會(huì)根據(jù)實(shí)例對(duì)象和參數(shù)列表創(chuàng)建一個(gè)新的參數(shù)列表，然后函數(shù)對(duì)象將會(huì)使用新的參數(shù)列表被調(diào)用。

這適用于所有的實(shí)例方法對(duì)象，包括__init__方法。self參數(shù)其實(shí)不是一個(gè)關(guān)鍵字，任何有效的參數(shù)名都可以使用，如下Account類定義所示：

class Account(object):
 num_accounts = 0
 
 def __init__(obj, name, balance):
  obj.name = name
  obj.balance = balance
  Account.num_accounts += 1
 
 def del_account(obj):
  Account.num_accounts -= 1
 
 def deposit(obj, amt):
  obj.balance = obj.balance + amt
 
 def withdraw(obj, amt):
  obj.balance = obj.balance - amt
 
 def inquiry(obj):
  return obj.balance
 
>>> Account.num_accounts
>>> 0
>>> x = Account('obi', 0)
>>> x.deposit(10)
>>> Account.inquiry(x)
>>> 10

靜態(tài)和類方法

類中定義的方法默認(rèn)由實(shí)例調(diào)用。但是，我們也可以通過對(duì)應(yīng)的@staticmethod和@classmethod裝飾器來定義靜態(tài)或類方法。
靜態(tài)方法

靜態(tài)方式是類命名空間中的普通函數(shù)。引用類的靜態(tài)方法返回的是函數(shù)類型，而不是非綁定方法類型：

class Account(object):
 num_accounts = 0
 
 def __init__(self, name, balance):
  self.name = name
  self.balance = balance
  Account.num_accounts += 1
 
 def del_account(self):
  Account.num_accounts -= 1
 
 def deposit(self, amt):
  self.balance = self.balance + amt
 
 def withdraw(self, amt):
  self.balance = self.balance - amt
 
 def inquiry(self):
  return "Name={}, balance={}".format(self.name, self.balance)
 
 @staticmethod
 def type():
  return "Current Account"
 
>>> Account.deposit
<unbound method Account.deposit>
>>> Account.type
<function type at 0x106893668>

使用@staticmethod裝飾器來定義靜態(tài)方法，這些方法不需要self參數(shù)。靜態(tài)方法可以更好地組織與類相關(guān)的代碼，也可以在子類中被重寫。
類方法

類方法由類自身來調(diào)用，而不是實(shí)例。類方法使用@classmethod裝飾器定義，作為第一個(gè)參數(shù)被傳遞給方法的是類而不是實(shí)例。

import json
 
class Account(object):
 num_accounts = 0
 
 def __init__(self, name, balance):
  self.name = name
  self.balance = balance
  Account.num_accounts += 1
 
 def del_account(self):
  Account.num_accounts -= 1
 
 def deposit(self, amt):
  self.balance = self.balance + amt
 
 def withdraw(self, amt):
  self.balance = self.balance - amt
 
 def inquiry(self):
  return "Name={}, balance={}".format(self.name, self.balance)
 
 @classmethod
 def from_json(cls, params_json):
    params = json.loads(params_json)
  return cls(params.get("name"), params.get("balance"))
 
 @staticmethod
 def type():
  return "Current Account"

類方法一個(gè)常見的用法是作為對(duì)象創(chuàng)建的工廠。假如Account類的數(shù)據(jù)格式有很多種，比如元組、json字符串等。由于Python類只能定義一個(gè)__init__方法，所以類方法在這些情形中就很方便。以上文Account類為例，我們想根據(jù)一個(gè)json字符串對(duì)象來初始化一個(gè)賬戶，我們定義一個(gè)類工廠方法from_json，它讀取json字符串對(duì)象，解析參數(shù)，根據(jù)參數(shù)創(chuàng)建賬戶對(duì)象。另一個(gè)類實(shí)例的例子是dict.fromkeys 方法，它從一組鍵和值序列中創(chuàng)建dict對(duì)象。
Python特殊方法

有時(shí)我們希望自定義類。這需要改變類對(duì)象創(chuàng)建和初始化的方法，或者對(duì)某些操作提供多態(tài)行為。多態(tài)行為允許定制在類定義中某些如+等python操作的自身實(shí)現(xiàn)。Python的特殊方法可以做到這些。這些方法一般都是__*__形式，其中*表示方法名。如__init__和__new__來自定義對(duì)象創(chuàng)建和初始化，__getitem__、__get__、__add__、__sub__來模擬python內(nèi)建類型，還有__getattribute__、__getattr__等來定制屬性訪問。只有為數(shù)不多的特殊方法，我們討論一些重要的特殊方法來做個(gè)簡單理解，python文檔有全部方法的列表。
進(jìn)行對(duì)象創(chuàng)建的特殊方法

新的類實(shí)例通過兩階段過程創(chuàng)建，__new__方法創(chuàng)建新實(shí)例，__init__初始化該實(shí)例。用戶已經(jīng)很熟悉__init__方法的定義；但用戶很少定義__new__方法，但是如果想自定義類實(shí)例的創(chuàng)建，也是可以的。
屬性訪問的特殊方法

我們可以通過實(shí)現(xiàn)以下方法來定制類實(shí)例的屬性訪問。

class Account(object):
 num_accounts = 0
 
 def __init__(self, name, balance):
  self.name = name
  self.balance = balance
  Account.num_accounts += 1
 
 def del_account(self):
  Account.num_accounts -= 1
 
 def __getattr__(self, name):
  return "Hey I dont see any attribute called {}".format(name)
 
 def deposit(self, amt):
  self.balance = self.balance + amt
 
 def withdraw(self, amt):
  self.balance = self.balance - amt
 
 def inquiry(self):
  return "Name={}, balance={}".format(self.name, self.balance)
 
 @classmethod
 def from_dict(cls, params):
  params_dict = json.loads(params)
  return cls(params_dict.get("name"), params_dict.get("balance"))
 
 @staticmethod
 def type():
  return "Current Account"
 
x = Account('obi', 0)

__getattr__(self, name)__：這個(gè)方法只有當(dāng)name既不是實(shí)例屬性也不能在對(duì)象的類繼承鏈中找到時(shí)才會(huì)被調(diào)用。這個(gè)方法應(yīng)當(dāng)返回屬性值或者引發(fā)AttributeError異常。例如，如果x是Account類的實(shí)例，嘗試訪問不存在的屬性將會(huì)調(diào)用這個(gè)方法。

>>> acct = Account("obi", 10)
>>> acct.number
Hey I dont see any attribute called number

注意如果 __getattr__引用不存在的實(shí)例屬性，可能會(huì)發(fā)生死循環(huán)，因?yàn)開_getattr__方法不斷被調(diào)用。

2.__setattr__(self, name, value)__：這個(gè)方法當(dāng)屬性賦值發(fā)生時(shí)調(diào)用。__setattr__將會(huì)把值插入到實(shí)例屬性字典中，而不是使用self.name=value，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致遞歸調(diào)用的死循環(huán)。

3.__delattr__(self, name)__：del obj發(fā)生時(shí)調(diào)用。

4.__getattribute__(self, name)__：這個(gè)方法會(huì)被一直調(diào)用以實(shí)現(xiàn)類實(shí)例的屬性訪問。
類型模擬的特殊方法

對(duì)某些類型，Python定義了某些特定語法；比如，列表和元組的元素可以通過索引表示法來訪問，數(shù)值可以通過+操作符來進(jìn)行加法等等。我們可以創(chuàng)建自己的使用這些特殊語法的類，python解釋器遇到這些特殊語法時(shí)就會(huì)調(diào)用我們實(shí)現(xiàn)的方法。我們?cè)谙旅嬗靡粋€(gè)簡單的例子來演示這個(gè)特性，它模擬python列表的基本用法。

class CustomList(object):
 
 def __init__(self, container=None):
  # the class is just a wrapper around another list to
  # illustrate special methods
  if container is None:
   self.container = []
  else:
   self.container = container
 
 def __len__(self):
  # called when a user calls len(CustomList instance)
  return len(self.container)
 
 def __getitem__(self, index):
  # called when a user uses square brackets for indexing
  return self.container[index]
 
 def __setitem__(self, index, value):
  # called when a user performs an index assignment
  if index &lt;= len(self.container):
   self.container[index] = value
  else:
   raise IndexError()
 
 def __contains__(self, value):
  # called when the user uses the 'in' keyword
  return value in self.container
 
 def append(self, value):
  self.container.append(value)
 
 def __repr__(self):
  return str(self.container)
 
 def __add__(self, otherList):
  # provides support for the use of the + operator
  return CustomList(self.container + otherList.container)

上面，CustomList是個(gè)真實(shí)列表的簡單包裝器。我們?yōu)榱搜菔緦?shí)現(xiàn)了一些自定義方法：

__len__(self)：對(duì)CustomList實(shí)例調(diào)用len()函數(shù)時(shí)被調(diào)用。

>>> myList = CustomList()
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> len(myList)
4

2.__getitem__(self, value)：提供CustomList類實(shí)例的方括號(hào)索引用法支持：

>>> myList = CustomList()
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> myList[3]
4

3.__setitem__(self, key, value)：當(dāng)對(duì)CustomList類實(shí)例上self[key]賦值時(shí)調(diào)用。

>>> myList = CustomList()
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> myList[3] = 100
4
>>> myList[3]
100

4.__contains__(self, key)：成員檢測(cè)時(shí)調(diào)用。如果包含該項(xiàng)就返回true，否則false。

>>> myList = CustomList()
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> 4 in myList
True

5.__repr__(self)：當(dāng)用print打印self時(shí)調(diào)用，將會(huì)打印self的對(duì)象表示。

>>> myList = CustomList()
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> print myList
[1, 2, 3, 4]

6.__add__(self, otherList)：使用+操作符來計(jì)算兩個(gè)CustomList實(shí)例相加時(shí)調(diào)用。

>>> myList = CustomList()
>>> otherList = CustomList()
>>> otherList.append(100)
>>> myList.append(1) 
>>> myList.append(2)
>>> myList.append(3)
>>> myList.append(4)
>>> myList + otherList + otherList
[1, 2, 3, 4, 100, 100]

上面的例子演示了如何通過定義某些特殊類方法來定制類行為?？梢栽?a target="_blank" >Python文檔中查看這些自定義方法的完整列表。在接下來的教程中，我們會(huì)將特殊方法放到一起來討論，并解釋描述符這個(gè)在python面向?qū)ο缶幊讨袕V泛使用的重要功能。

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