Python －面向对象（一基本概念）

2021-11-29 14:28:05

一 Python简介

Python是一个可移植的面向对象的脚本语言。

Python虽然是一个脚本语言,但也是一个完全面向对象的语言。由于它设计之初把易用性做为非常重要的一个考量标准,所以用起来非常简洁,优美（语法非常灵活），所以使用Python可以快速地编写出可运行代码。与C/C++相比，Python程序的运行速度比较慢，一门语言既然能够生存下来，就有它自己的原因，Python语言也一样。当今的计算机处理速度已经很快，对某些任务来说，运行速度并不是首要考虑的因素。比如说为了实现数据库访问的自动化，需要做一个数据库访问的代码生成器，这是一个常见的任务，其中涉及编程的许多方面，包括字符串处理、数据库访问，可能还包括一个GUI系统。这个任务显然不太适合用C或者C++来编写，因为使用C/C++来开发虽然可以节省那么一点运行时间，但却浪费了大量的开发时间。所以，语言没有好不好之分，只有适合不适合之分。

C++是静态强类型语言,而Python是动态强类型语言。由于是动态语言,所以变量的类型不是用关键字显式指定,而是在运行时根据赋给它的值动态判断出来的。

另外,Python也跟C++一样同时支持结构化编程和面向对象编程两种范式。 Python的特定总结如下：

1. Python是面向对象的。它支持继承以及多重继承、多态、操作符重载等面向对象的概念。

2. Python是可移植的。使用Python语言编写的程序通常无需修改就可以运行在多个平台上，这点与Java类似。但是Python也提供一些Plantform dependent的模块，使用这些模块的时候必须小心，因为他们是不可移植的。

3. Python是解释性语言。准确地说，Python先把源程序编译成中间代码(类似于java和c#)，然后解释执行。但要注意的是，编译过程对程序员来说是透明的(这又不同于java和c#)。

4.Python是一门动态语言。它支持元数据编程；支持运行时编译、执行等现代语言的高级特征。这些都很难甚至无法在C/C++中实现。Python甚至允许你在运行的时候增加一个对象的成员！

5. 一切都是对象！Python中对象的概念比其他语言丰富得多，比如类是一个对象，因此你可以在运行的时候使用它，而不像C++一样，类是编译时的对象。正因为这种原因，使得Python是高度动态的。

6. 自动内存管理。像java一样，你无需管理你的代码所使用的内存。在C和C++的程序中，那是一场恶梦。

7. 其他：Python可以使用c/c++的编写的组件，也可以把python代码嵌入到c/c++代码中执行。

二类定义

首先看下面的例子

class ZZClass:
classNum = 0
def __init__(self):
self.num = 1
ZZClass.classNum += 1
print ("ZZClass _init__ called.")

def __del__(self):
ZZClass.classNum -= 1;
print ("ZZClass __del__ called.")

def Hello(self):
print("hello world!")
self.PrintClassNum(10) #普通函数中可以调用静态函数

def setNum(self,num):
self.num = num

def getNum(self):
return self.num

@staticmethod
def PrintClassNum(num=100):
print (ZZClass.classNum) #在静态方法中只能通过类名访问类变量
#print classNum          #在静态方法中不能直接访问类变量
#print self.num          #在静态方法中不能访问实例变量
print num

@classmethod
def ClassMethod(cls):
#print cls.num           #在类方法中不能直接访问实例变量
print "class method."
print cls.classNum       #在类方法中可以直接访问类变量

myObj = ZZClass()
myObj.Hello()
ZZClass.PrintClassNum(10) #可以通过类名来访问静态方法
myObj02 = ZZClass()
myObj02.PrintClassNum() #可以通过对象实例来访问静态方法
print myObj.classNum      #可以通过对象实例来访问类变量
print ZZClass.classNum    #可以通过类名来访问静态变量

myObj.setNum(10)
myObj02.setNum(20)
print myObj.getNum()
print myObj02.getNum()

myObj02 = 0
print ZZClass.PrintClassNum()

print ZZClass.ClassMethod() #通过类调用类方法
print myObj.ClassMethod() #通过实例调用类方法

输出结果：

ZZClass _init__ called.

hello world!

ZZClass _init__ called.

100

ZZClass __del__ called.

100

None

class method.

None

ZZClass __del__ called.

分析：

1.与C++相比，Python中定义方法采用def关键字，在类中定义的方法至少会有一个参数，一般以名为‘self‘的变量作为该参数（用其他名称也可以），而且需要作为第一个参数，用于对对象的变量引用。类似c++的this指针，只不过在C++中this 指针是隐藏的，由编译器来处理。

2.函数调用和变量的访问使用"."而不是"->"访问。

3._init__类似于构造函数，在生成对象时调用，可以用来进行一些初始化操作，不需要显示去调用，系统会默认去执行。构造方法支持重载，如果用户自己没有重新定义构造方法，系统就自动执行默认的构造方法。

__del__类似于析构函数。在释放对象时调用，支持重载，可以在里面进行一些释放资源的操作，不需要显示调用。

4.实例变量和类变量：num是实例变量，classNum是类变量。前者类似C++的成员变量，后者类似C++的类的静态变量。类变量是所有对象共享的，不需要对象，可以直接用“类名.变量名”访问，与C++一样，使用对象实例也可以访问类变量。实例变量是每个对象一个拷贝，只能通过对象访问，实例变量是不需要在类中显示定义的。

注意：类变量可以通过类名和实例对象两种方式进行访问，通过类名修改类变量，该类和所有实例所共享的数据将被修改，再次通过类或实例访问得到的将是新的数据，这一点与C++是一致的。但是通过实例对象修改类变量，其效果将仅仅作用在该实例上，再次通过类或其它实例访问得到的仍然是旧的数据。但这一修改方式将对该类变量实例化，其结果是该实例将得到一个单独的该变量拷贝，此后此对象不再与类共享该名称的变量。（这一点Python有点复杂），看下面的例子：

class classA:
classVar = ‘‘
def __init__(self):
pass

def set_var1(self,x):
classA.classVar= x

def set_var2(self,y):
self.var2 = y
return self.var2

oa = classA()
ob = classA()

oa.set_var1("class variable.")
print oa.classVar #class variable.
print ob.classVar #class variable.

oa.classVar = "changed."
print oa.classVar #changed.
print ob.classVar #class variable.

oa.set_var1("class variable01")
print oa.classVar #changed.
print ob.classVar #class variable01

ob.set_var1("class variable02")
print oa.classVar #changed.
print ob.classVar #class variable02

ob.set_var2("inst variable")
print ob.var2
#print oa.var2 #error! because var2 is a instance variable

　　如果需要在类外修改类属性，必须通过类对象去引用然后进行修改。如果通过实例对象去引用，会产生一个同名的实例属性，这种方式修改的是实例属性，不会影响到类属性，并且之后如果通过实例对象去引用该名称的属性，实例属性会强制屏蔽掉类属性，即引用的是实例属性，除非删除了该实例属性。

5.普通函数和静态函数：Hello是普通函数，PrintClassNum是静态函数。printClassCount()类似C++的静态函数。就像静态函数没有this指针一样，它也没有self变量。静态函数只能访问静态成员变量（类变量）。与C++一样，可以使用实例对象和类名来调用静态函数，只能使用实例变量来调用普通函数。

在类外普通函数(实例函数）只能通过实例对象去调用，不能通过其他方式去调用。

6.类函数和静态函数： ClassMethod是一个类方法，拥有一个参数（类对象）。与静态方法使用类似，他们都可以通过类和实例进行调用，都无法访问实例成员。类方法可以通过自己的参数cls访问类成员，而静态方法则不行，可以通过类名间接访问。staticmethod无需参数，classmethod需要类变量作为参数传递（不是类的实例），类函数还有一个用途就是可以对类属性进行修改。

7.变量访问属性：C++的面向对象的语法都比较的规范，有公有、私有和保护的数据类型，而python类是没有权限控制的，所有变量都是可以被外部调用，虽然我们可以在变量或者方法的面前加上双下滑线__，表示私有访问权限，其实在内部实现上，是将私有变量进行了转化，规则是：_<类名>__<私有变量>。但这个实际上是python的伪私有，只是一种程序员约定俗称的规定，加了双下划线就表示私有变量，但是如果要在外部调用的话，还是可以调用的。看下面的例子：

class Test:
count = 0
def __init__(self,c):
self.count = c
self.__name="zhangzhe" #私有变量
self.__class__.count = self.__class__.count +1

def __get_name(self): #私有方法
return self.__name

def get_counte(self):
return self.count

a = Test(3)
print a.count #3
#print a.name #AttributeError:Test instance has no attribute ‘name‘
print Test.count #1
print a.get_counte() #3

print a.__dict__ #{‘count‘: 3, ‘_Test__name‘: ‘zhangzhe‘}
print a._Test__name #zhangzhe

print Test.__dict__

#{‘count‘: 1, ‘__module__‘: ‘classdemo02‘, ‘_Test__get_name‘: <function __get_name at 0x101e92500>, ‘__doc__‘: None, ‘__init__‘: <function __init__ at 0x101e92488>, ‘get_counte‘: <function get_counte at 0x101e92578>}

print a._Test__get_name() #zhangzhe

b = Test(-1)
print b.count #1
print Test.count #2

这里定义的__name是私有属性，__get_name()是私有方法，直接访问的话，会提示找不到相关的属性或者方法。可以通过使用 a._Test__name和a._Test__get_name()来访问私有的变量和方法。

注：在Python中没有像C++中public和private这些关键字来区别公有属性和私有属性，它是以属性命名方式来区分，如果在属性名前面加了2个下划线‘__‘，则表明该属性是私有属性，否则为公有属性

小结：

对于类属性和实例属性，如果在类方法中引用某个属性，该属性必定是类属性，而如果在实例方法中引用某个属性（不作更改），并且存在同名的类属性，此时若实例对象有该名称的实例属性，则实例属性会屏蔽类属性，即引用的是实例属性，若实例对象没有该名称的实例属性，则引用的是类属性；如果在实例方法更改某个属性，并且存在同名的类属性，此时若实例对象有该名称的实例属性，则修改的是实例属性，若实例对象没有该名称的实例属性，则会创建一个同名称的实例属性。想要修改类属性，如果在类外，可以通过类对象修改，如果在类里面，只有在类方法中进行修改。

　　从类方法和实例方法以及静态方法的定义形式就可以看出来，类方法的第一个参数是类对象cls，那么通过cls引用的必定是类对象的属性和方法；而实例方法的第一个参数是实例对象self，那么通过self引用的可能是类属性、也有可能是实例属性（这个需要具体分析），不过在存在相同名称的类属性和实例属性的情况下，实例属性优先级更高。静态方法中不需要额外定义参数，因此在静态方法中引用类属性的话，必须通过类对象来引用。

从上面看来,Python是非常的灵活的，它的面向对象没有做到真正的不能访问，只是一种约定让大家去遵守，就像大家都用self来代表在类里的当前对象，你也可以用其他的，只是大家习惯了用self。

三类中的内置方法

除了上面的init和del方法外，Python类中还有如下的多个内置方法（类似于C++中的运算符重载)：

1.__new__():__new__()在__init__()之前被调用，用于生成实例对象。利用这个方法和类属性的特性可以实现设计模式中的单例模式。单例模式是指创建唯一对象吗，单例模式设计的类只能实例化一个对象。例如下面的代码:

__instance = None

def __new__(cls, *args, **kwargs): #在init函数前被调用

        if ZZClass.__instance is None: #生产唯一实例
            print("ZZClass __new__ called.")
            ZZClass.__instance = object.__new__(cls,*args,**kwargs)
        return ZZClass.__instance

2.__getattr__()、__setattr__()和__getattribute__():当读取对象的某个属性时，python会自动调用__getattr__()方法。例如，fruit.color将转换为fruit.__getattr__(color)。当使用赋值语句对属性进行设置时，python会自动调用__setattr__()方法。__getattribute__()的功能与__getattr__()类似，用于获取属性的值。但是__getattribute__()能提供更好的控制，代码更健壮。注意，python中并不存在__setattribute__()方法。

3. __str__()用于表示对象代表的含义，返回一个字符串.实现了__str__()方法后，可以直接使用print语句输出对象，也可以通过函数str()触发__str__()的执行。这样就把对象和字符串关联起来，便于某些程序的实现，可以用这个字符串来表示某个类。

例如:

def __str__(self):

return "ZZClass itself."

4. __call__():在类中实现__call__()方法，可以在对象创建时直接返回__call__()的内容。使用该方法可以模拟静态方法。

例如:

class InternalClass:
        def __call__(self, *args, **kwargs):
            print "internal class."

    func = InternalClass() # 调用InternalClass()，此时将类InternalClass作为函数返回,
# 即为外部类ZZClass定义方法func(),func()将执行__call__()内的代码。

myObj.func() #internal class.

5.__getitem__():如果类把某个属性定义为序列，可以使用__getitem__()输出序列属性中的某个元素。

class Persons:
def __getitem__(self, item):
return self.persons[item]

allPersons = Persons()
allPersons.persons = ["Alice","Joe"]
print allPersons[1]

补充：

强类型语言
一种总是强制类型定义的语言，Java和Python是强制类型定义的，如果你有一个整数，不显示地进行转换，不能将其视为一个字符串。

弱类型定义语言
一种类型可以被忽略的语言，与强类型定义相反。VBScript是弱类型定义的。在VBScript中，可以将字符串 ‘12‘ 和整数 3 进行连接得到字符串 ‘123‘，然后可以把它看成整数 123，而不需要显示转换。

注意:强弱类型中心词是‘类型’，而不是变量,一个变量是否能够绑定到多种类型，跟该语言是否强弱类型无关。

动态联编

编译程序在编译阶段并不能确切知道将要调用的函数，只有在程序运行时才能确定将要调用的函数，为此要确切知道该调用的函数，要求联编工作要在程序运行时进行，这种在程序运行时进行联编工作被称为动态联编。

其实它不是 Python 的特性，所有面向对象的语言基本都需要实现。它使得执行一个对象的方法时，使用的是它自己（或它的类）的方法，而不是它的父类的方法。

动态联编通常的实现方法是把函数的入口地址保存起放在一个表里，（例如，c++的虚表），在运行时通过动态的查找表的方式来判断应该调用哪个函数。函数的执行效率没有静态联编的高，但比其灵活。

静态联编

静态联编是指联编工作出现在编译连接阶段，这种联编又称早期联编，它在编译时就解决了程序中的操作调用与执行该操作代码间的关系。

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