Python全栈开发-Day6-面向对象编程

2022-08-26 11:15:55

本节内容：

  1. 面向过程VS面向对象
  2. 面向对象编程介绍
  3. 类的语法
  4. 构造函数、析构函数
  5. 私有方法、私有属性
  6. 面向对象的特性：封装、继承、多态

1、面向过程 VS 面向对象

编程范式

编程是程序员用特定的语法+数据结构+算法组成的代码来告诉计算机如何执行任务的过程，一个程序是程序员为了得到一个任务结果而编写的一组指令的集合，实现一个任务的方式有很多种不同的方式，对这些不同的编程方式的特点进行归纳总结得出来的编程方式类别，即为编程范式。不同的编程范式本质上代表对各种类型的任务采取的不同的解决问题的思路，大多数语言只支持一种编程范式，当然也有些语言可以同时支持多种编程范式。两种最重要的编程范式分别是面向过程编程和面向对象编程。

面向过程编程(Procedural Programming)
Procedural programming uses a list of instructions to tell the computer what to do step-by-step. 
面向过程编程依赖procedures，一个procedure包含一组要被进行计算的步骤，面向过程又被称为top-down languages，就是程序从上到下一步步执行，一步步从上到下，从头到尾的解决问题。基本设计思路就是程序一开始是要着手解决一个大的问题，然后把一个大问题分解成很多个小问题或子过程，这些子过程再执行的过程再继续分解直到小问题足够简单到可以在一个小步骤范围内解决。

举个典型的面向过程的例子，数据库备份，分三步，连接数据库，备份数据库，测试备份文件可用性。

代码如下

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def db_conn():
    print("connecting db...")
 
 
def db_backup(dbname):
    print("导出数据库...",dbname)
    print("将备份文件打包，移至相应目录...")
 
def db_backup_test():
    print("将备份文件导入测试库，看导入是否成功")
 
 
def main():
    db_conn()
    db_backup('my_db')
    db_backup_test()
 
 
 
if __name__ == '__main__':
    main()

　　

这样做的问题也是显而易见的，如果你要对程序进行修改，对你修改的那部分有依赖的各个部分你都也要跟着修改，举个例子，如果程序开头你设置了一个变量值为1 ，但如果其它子过程依赖这个值为1的变量才能正常运行，那如果你改了这个变量，那这个子过程你也要修改，假如又有一个其它子程序依赖这个子过程，那就会发生一连串的影响，随着程序越来越大，这种编程方式的维护难度会越来越高。 
所以我们一般认为，如果你只是写一些简单的脚本，去做一些一次性任务，用面向过程的方式是极好的，但如果你要处理的任务是复杂的，且需要不断迭代和维护 的，那还是用面向对象最方便了。

面向对象编程

承认的原则：1世界万物，皆可分类。2世界万物，皆为对象。3只要是对象，就肯定属于某种品类。4只要是对象，就肯定有属性。

OOP编程是利用“类”和“对象”来创建各种模型来实现对真实世界的描述，使用面向对象编程的原因一方面是因为它可以使程序的维护和扩展变得更简单，并且可以大大提高程序开发效率，另外，基于面向对象的程序可以使它人更加容易理解你的代码逻辑，从而使团队开发变得更从容。

面向对象的几个核心特性如下

Class 类
一个类即是对一类拥有相同属性的对象的抽象、蓝图、模型。在类中定义了这些对象都具备的属性（variables(data)）、共同的方法。

Object 对象 
一个对象即是一个类的实例化后的实例，一个类必须经过实例化后方可在程序中调用，一个类可以实例化多个对象，每个对象亦可以有不同的属性，就像人类是指所有人，每个人是指具体的对象，人与人之间有共性，亦有不同。

Encapsulation 封装
在类中对数据的赋值、内部调用对外部用户是透明的，即类外部的程序或用户无法调用。这使类变成了一个胶囊或容器，里面包含着类的数据和方法。

Inheritance 继承
一个类可以派生出子类，在这个父类里定义的属性、方法自动被子类继承。

Polymorphism 多态
多态是面向对象的重要特性,简单点说:“一个接口，多种实现”，指一个基类中派生出了不同的子类，且每个子类在继承了同样的方法名的同时又对父类的方法做了不同的实现，这就是同一种事物表现出的多种形态。
编程其实就是一个将具体世界进行抽象化的过程，多态就是抽象化的一种体现，把一系列具体事物的共同点抽象出来,再通过这个抽象的事物, 与不同的具体事物进行对话。
对不同类的对象发出相同的消息将会有不同的行为。比如，你的老板让所有员工在九点钟开始工作, 他只要在九点钟的时候说：“开始工作”即可，而不需要对销售人员说：“开始销售工作”，对技术人员说：“开始技术工作”, 因为“员工”是一个抽象的事物, 只要是员工就可以开始工作，他知道这一点就行了。至于每个员工，当然会各司其职，做各自的工作。
多态允许将子类的对象当作父类的对象使用，某父类型的引用指向其子类型的对象,调用的方法是该子类型的方法。这里引用和调用方法的代码编译前就已经决定了,而引用所指向的对象可以在运行期间动态绑定

2、面向对象编程(Object-Oriented Programming )介绍

简单的定义类并实例化的例子：

　　class Dog:　　#定义类

　　　　def bulk(self):

　　　　　　print('汪~汪~汪~')

　　d1=Dog()　　#实例化类，得到对象

　　d2=Dog()

　　d3=Dog()

　　

　　d1.bulk()　　#调用d1狗下面的bulk方法或者叫属性。

　　d2.bulk()

　　d3.bulk()

无论用什么形式来编程，我们都要明确记住以下原则：
  1. 写重复代码是非常不好的低级行为
  2. 你写的代码需要经常变更 
 
开发正规的程序和那种运行一次就扔了的小脚本一个很大不同就是，你的代码总是需要不断的更改，不是修改bug就是添加新功能等，所以为了日后方便程序的修改及扩展，你写的代码一定要遵循易读、易改的原则（专业名词叫可读性好、易扩展）。
 
如果你把一段同样的代码复制、粘贴到了程序的多个地方以实现在程序的各个地方调用这个功能，那日后你再对这个功能进行修改时，就需要把程序里多个地方都改一遍，这种写程序的方式是有问题的，因为如果你不小心漏掉了一个地方没改，那可能会导致整个程序的运行都出问题。因此我们知道在开发中一定要努力避免写重复的代码，否则就相当于给自己挖坑。
 
还好，函数的出现就能帮我们轻松的解决重复代码的问题，对于需要重复调用的功能，只需要把它写成一个函数，然后在程序的各个地方直接调用这个函数名就好了，并且当需要修改这个功能时，只需改函数代码，然后整个程序就都更新了。
 
其实OOP编程的主要作用也是使代码修改和扩展变的更容易，但函数编程（指仅用函数编写程序）与OOP的主要区别就是OOP可以使程序更加容易扩展和易更改。
 
我们来自己开发一个简单版的CS来玩一玩。 
 
暂不考虑开发场地等复杂的东西，我们先从人物角色下手，角色很简单，就俩个，恐怖份子、警察，他们除了角色不同，其它基本都一样，每个人都有生命值、武器等。
代码用OOP中的“类”来实现的话如下： 
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class Role(object):
    def __init__(self,name,role,weapon,life_value=100,money=15000):
        self.name = name
        self.role = role
        self.weapon = weapon
        self.life_value = life_value
        self.money = money
 
    def shot(self):
        print("shooting...")
 
    def got_shot(self):
        print("ah...,I got shot...")
 
    def buy_gun(self,gun_name):
        print("just bought %s" %gun_name)
 
r1 = Role('Gavin','police','AK47’) #生成一个角色
r2 = Role('Simons','terrorist','B22’)  #生成一个角色
先不考虑语法细节，相比靠函数拼凑出来的写法，上面用面向对象中的类来写最直接的改进有以下2点：
  1. 代码量少了近一半
  2. 角色和它所具有的功能可以一目了然看出来
 

3、类的语法

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class Dog(object):
 
    def __init__(self,name,dog_type):
        self.name = name
        self.type = dog_type
 
    def sayhi(self):
 
        print("hello,I am a dog, my name is ",self.name)
 
 
d = Dog('LiChuang',"京巴")#实例化这个类，此时的d就是类Dog的实例化对象
d.sayhi()
#实例化，其实就是以Dog类为模版，在内存里开辟一块空间，赋值成一个变量名，存上数据

注释掉这两句

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# d = Dog('LiChuang', "京巴")
# d.sayhi()
 
print(Dog)

没实例直接打印Dog输出如下

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<class '__main__.Dog'>

这表示即使不实例化，这个Dog类本身也是已经存在内存里的

Python全栈开发-Day6-面向对象编程

根据上图我们得知，其实self,就是实例本身！你实例化时python会自动把这个实例本身通过self参数传进去。

 

4、构造函数、析构函数

构造函数

接下来我们一起分解一下上面的代码分别 是什么意思 
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class Role(object): #定义一个类， class是定义类的语法，Role是类名，(object)是新式类的写法，必须这样写
    def __init__(self,name,role,weapon,life_value=100,money=15000): #初始化函数，在生成一个角色时要初始化的一些属性就填写在这里
        self.name = name #__init__中的第一个参数self,和这里的self是实例本身，或者说是实例本身的内存地址
        self.role = role
        self.weapon = weapon
        self.life_value = life_value
        self.money = money
上面的这个__init__()叫做初始化方法(或构造方法、构造函数)， 在类被调用时，这个方法(虽然它是函数形式，但在类中就不叫函数了,叫方法)会自动执行，进行一些初始化的动作，所以我们这里写的__init__(self,name,role,weapon,life_value=100,money=15000)就是要在创建一个角色时给它设置这些属性。
 
初始化一个角色，就需要调用这个类一次： 
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r1 = Role('Gavin','police','AK47’) #生成一个角色 , 会自动把参数传给Role下面的__init__(...)方法
r2 = Role('Simons','terrorist','B22’)  #生成一个角色

上面的创建角色时，我们并没有给__init__传self的值，程序也没未报错，是因为，类在调用它自己的__init__(…)时自己帮你给self参数赋值了，

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r1 = Role('Gavin','police','AK47’) #此时self 相当于 r1 ,  Role(r1,'Gavin','police','AK47’)
r2 = Role('Simons','terrorist','B22’)#此时self 相当于 r2, Role(r2,'Simons','terrorist','B22’)
执行r1 = Role(Gavin','police','AK47’)时，python的解释器其实干了两件事：
  1. 在内存中开辟一块空间指向r1这个变量名
  2. 调用Role这个类并执行其中的__init__(…)方法，相当于Role.__init__(r1,'Gavin','police',’AK47’),这么做是为了把'Gavin','police',’AK47’这3个值跟刚开辟的r1关联起来，因为关联起来后，你就可以直接r1.name, r1.weapon 这样来调用啦。所以，为实现这种关联，在调用__init__方法时，就必须把r1这个变量也传进去，否则__init__不知道要把那3个参数跟谁关联。
  3. 所以这个__init__(…)方法里的，self.name = name , self.role = role 等等的意思就是要把这几个值存到r1的内存空间里。
后面那几个  方法  为什么也还需要self参数呢？ 不是在初始化角色的时候，就已经把角色的属性跟r1绑定好了吗？ 
先来看一下上面类中的一个buy_gun的方法： 
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def buy_gun(self,gun_name):
    print(“%s has just bought %s” %(self.name,gun_name) )
上面这个方法通过类调用的话要写成如下： 
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r1 = Role('Gavin','police','AK47')
r1.buy_gun("B21”) #python 会自动帮你转成 Role.buy_gun(r1,”B21")
执行结果
#Gavin has just bought B21 
依然没给self传值 ，但Python还是会自动的帮你把r1 赋值给self这个参数，因为，在buy_gun(..)方法中可能要访问r1的一些其它属性，比如这里就访问了r1的名字，于是就把r1传给了这个self参数，然后在buy_gun里调用 self.name 就相当于调用r1.name 啦，如果还想知道r1的生命值有多少，直接写成self.life_value就可以了。 说白了就是在调用类中的一个方法时，你得告诉人家你是谁。
 
总结：
  1. 上面的这个r1 = Role('Gavin','police','AK47’)动作，叫做类的“实例化”，就是把一个虚拟的抽象的类，通过这个动作，变成了一个具体的对象了，这个对象就叫做实例
  2. 刚才定义的这个类体现了面向对象的第一个基本特性，封装，其实就是使用构造方法将内容封装到某个具体对象中，然后通过对象直接或者self间接获取被封装的内容

析构函数:

作用：在实例被释放或销毁时自动执行，通常用于一些收尾工作，比如关闭临时打开的文件，断开相关链接、关闭数据库等。

例子：

　　class person():

　　　　def __init__(self,name,age,job):

　　　　　　self.name = name

　　　　　　self.age = age

　　　　　　self.job = job

　　　　def sleep(self):

　　　　　　pass

　　　　def eat(self):

　　　　　　pass

　　　　def __del__(self):　　#这是析构函数的定义方法

　　　　　　print('实例%s被释放',%self)

　　p = person ('Gavin',22,'IT')

5、私有方法、私有属性：

属性分两种：

　　1、静态属性=变量，我们一般称的属性，就是指静态属性，即变量。

　　2、动态属性=方法，一般方法就称为方法，不称为属性。

私有就是外部无法访问，只有自己能访问。

定义方法：

　　在变量名或函数名前加入两个下划线，即“__”。这时该变量或函数为私有属性或私有方法。只能内部调用，外部无法访问。如果此时就想从外部访问私有变量，则可在类的内部定义一个方法，比如def show_life_value(),然后该函数下打印该私有属性，从外部调用show_life_value方法即可。

6、面向对象的特性：

1）封装

封装，也就是把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。使用的方法就是私有属性和私有方法。

2）继承

面向对象编程 (OOP) 语言的一个主要功能就是“继承”。继承是指：它可以使用现有类的所有功能，并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展。

通过继承创建的新类称为“子类”或“派生类”。

被继承的类称为“基类”、“父类”或“超类”。

继承的过程，就是从一般到特殊的过程。

要实现继承，可以通过“继承”（Inheritance）和“组合”（Composition）来实现。

在某些 OOP 语言中，一个子类可以继承多个基类。但是一般情况下，一个子类只能有一个基类，要实现多重继承，可以通过多级继承来实现。

继承概念的实现方式主要有2类：实现继承、接口继承。

Ø         实现继承是指使用基类的属性和方法而无需额外编码的能力；
Ø         接口继承是指仅使用属性和方法的名称、但是子类必须提供实现的能力(子类重构爹类方法)；
在考虑使用继承时，有一点需要注意，那就是两个类之间的关系应该是“属于”关系。例如，Employee 是一个人，Manager 也是一个人，因此这两个类都可以继承 Person 类。但是 Leg 类却不能继承 Person 类，因为腿并不是一个人。
 

重构父类

如果父类里有一个名为X的方法，子类继承父类后，在子类中重新定义一个名为X的方法，这个过程就是重构了父类的X方法，根据python语言的搜素原则，程序会先在子类中搜索并调用，当子类中有时会直接调用，如果没有再去父类中搜索并调用。所以针对上述情况，程序会直接调用子类中的X方法，即重构父类成功。当然如果想在子类中包含父类的方法，同时新增一些功能，那就在重构的函数中，先调用父类的相关方法，【注意】要把自身self传给父类。然后再后面再添加一些新的功能。
综上，重构的步骤是：先继承再重构
 
对于构造函数来说，子类的构造函数需要包含的形参有父类的所有形参+自己特有的形参。因为需要先继承。
方法一：（背景：父类是People）
　　def __init__(self,name,age,money):
　　　　People.__init__(self,name,age)
　　　　self.money = money
方法二：
class Man(People):　　　
　　def __init__(self,name,age,money):
　　　　super(Man,self).__init__(name,age)
　　　　self.money = money
以上两种方法的作用完全一致。但是在Man类，多继承的情况下，super方法就方便很多了。
 

经典类vs新式类

class people：　　#这个是  经典类　　

　　def __init__():

　　　　pass

class people(object):　　#新式类

　　def __init__():

　　　　pass

在多继承时，被继承的第二个父类不需要构造函数，即不需要把参数再传递给第二个父类，在第二个父类中，只需要添加新的功能即可。

在多继承的问题上：

  • 经典类：　　
    • Python 2.x 深度优先，People.__init__(self,name,age)
    • Python 3.x 广度优先，People.__init__(self,name,age)
  • 新式类：不论Python几都是广度优先，super(Man,self).__init__(name,age)
  • super()用法
抽象类仅定义将由子类创建的一般属性和方法。

OOP开发范式大致为：划分对象→抽象类→将类组织成为层次化结构(继承和合成) →用类与实例进行设计和实现几个阶段。

继承示例
class SchoolMember(object):
    members = 0 #初始学校人数为0
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
 
    def  tell(self):
        pass
 
    def enroll(self):
        '''注册'''
        SchoolMember.members +=1
        print("\033[32;1mnew member [%s] is enrolled,now there are [%s] members.\033[0m " %(self.name,SchoolMember.members))
     
    def __del__(self):
        '''析构方法'''
        print("\033[31;1mmember [%s] is dead!\033[0m" %self.name)
class Teacher(SchoolMember):
    def __init__(self,name,age,course,salary):
        super(Teacher,self).__init__(name,age)
        self.course = course
        self.salary = salary
        self.enroll()
 
 
    def teaching(self):
        '''讲课方法'''
        print("Teacher [%s] is teaching [%s] for class [%s]" %(self.name,self.course,'s12'))
 
    def tell(self):
        '''自我介绍方法'''
        msg = '''Hi, my name is [%s], works for [%s] as a [%s] teacher !''' %(self.name,'Oldboy', self.course)
        print(msg)
 
class Student(SchoolMember):
    def __init__(self, name,age,grade,sid):
        super(Student,self).__init__(name,age)
        self.grade = grade
        self.sid = sid
        self.enroll()
 
 
    def tell(self):
        '''自我介绍方法'''
        msg = '''Hi, my name is [%s], I'm studying [%s] in [%s]!''' %(self.name, self.grade,'Oldboy')
        print(msg)
 
if __name__ == '__main__':
    t1 = Teacher("Gavin",22,'Python',2000)
    t2 = Teacher("TengLan",29,'Linux',3000)
 
    s1 = Student("Qinghua", 24,"Python S12",1483)
    s2 = Student("SanJiang", 26,"Python S12",1484)
 
    t1.teaching()
    t2.teaching()
    t1.tell()
 
书写面向对象的编程代码时，先写上层代码，再写下层代码，写上层代码时，用pass占位符，表示下层代码。这样写结构清晰。
受此启发，在我们读用面向对象的编程范式写的代码时，也应该先读上层代码，对应的下层代码先行跳过，当把上层代码的框架梳理清楚后，再挨个阅读下层代码。
 

3）多态

 多态的核心就是：一个接口，多种实现！
多态性（polymorphisn）是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单的说，就是一句话：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。
 
封装可以隐藏实现细节，使得代码模块化；
继承可以扩展已存在的代码模块（类）；目的都是为了——代码重用。
而多态则是为了实现另一个目的——接口重用！
多态的作用，就是为了类在继承和派生的时候，保证使用“家谱”中任一类的实例的某一属性时的正确调用。
 
Pyhon 很多语法都是支持多态的，比如 len(),sorted(), 你给len传字符串就返回字符串的长度，传列表就返回列表长度。
 
Python多态示例
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#_*_coding:utf-8_*_
 
 
class Animal(object):
    def __init__(self, name):  # Constructor of the class
        self.name = name
 
    def talk(self):              # Abstract method, defined by convention only
        raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")
 
 
class Cat(Animal):
    def talk(self):
        print('%s: 喵喵喵!' %self.name)
 
 
class Dog(Animal):
    def talk(self):
        print('%s: 汪！汪！汪！' %self.name)
 
 
 
def func(obj): #一个接口，多种实现，同时这个函数可以放进父类Animal里，然后不需要实例化，直接调用父类就可以
    obj.talk()
 
c1 = Cat('小晴')
d1 = Dog('李磊')
 
func(c1)
func(d1)

　　

 
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