1 面向对象编程
面向对象这节比较简单,就稍微总结几个特殊的点。
特殊方法__init__前后分别有两个下划线,__init__方法的第一个参数永远是self,表示创建的实例本身,因此,在__init__方法内部,就可以把各种属性绑定到self,因为self就指向创建的实例本身。
有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了,必须传入与__init__方法匹配的参数,但self不需要传,Python解释器自己会把实例变量传进去。
如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线__,在Python中,实例的变量名如果以__开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问。
需要注意的是,在Python中,变量名类似__xxx__的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量,特殊变量是可以直接访问的,不是private变量,所以,不能用__name__、__score__这样的变量名。
多态:当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise……时,我们只需要接收Animal类型就可以了,因为Dog、Cat、Tortoise……都是Animal类型,然后,按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法,因此,传入的任意类型,只要是Animal类或者子类,就会自动调用实际类型的run()方法,这就是多态。
“鸭子特性”:对于静态语言(例如Java)来说,如果需要传入Animal类型,则传入的对象必须是Animal类型或者它的子类,否则,将无法调用run()方法。
对于Python这样的动态语言来说,则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了。
2 面向对象高级编程
2.1 获取对象信息
2.1.1 type()
判断对象类型,使用type()函数:
>>> type(123)
>>> type('str')
>>> type(None)
如果要判断一个对象是否是函数可以使用types模块中定义的常量:
>>> import types
>>> def fn():
... pass
...
>>> type(fn)==types.FunctionType
True
>>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
True
>>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
True
>>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
True
对于class的继承关系来说,使用type()就很不方便。我们要判断class的类型,可以使用isinstance()函数。
2.1.2 dir()
如果要获得一个对象的所有属性和方法,可以使用dir()函数,它返回一个包含字符串的list,比如,获得一个str对象的所有属性和方法:
>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']
类似__xxx__的属性和方法在Python中都是有特殊用途的,比如__len__方法返回长度。在Python中,如果你调用len()函数试图获取一个对象的长度,实际上,在len()函数内部,它自动去调用该对象的__len__()方法,所以,下面的代码是等价的:
>>> len('ABC')
3
>>> 'ABC'.__len__()
3
仅仅把属性和方法列出来是不够的,配合getattr()、setattr()以及hasattr(),我们可以直接操作一个对象的状态:
>>> class MyObject(object):
... def __init__(self):
... self.x = 9
... def power(self):
... return self.x * self.x
...
>>> obj = MyObject()
紧接着,可以测试该对象的属性:
>>> hasattr(obj, 'x') # 有属性'x'吗?
True
>>> obj.x
9
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 设置一个属性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有属性'y'吗?
True
>>> getattr(obj, 'y') # 获取属性'y'
19
>>> obj.y # 获取属性'y'
19
如果试图获取不存在的属性,会抛出AttributeError的错误:
>>> getattr(obj, 'z') # 获取属性'z'
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
AttributeError: 'MyObject' object has no attribute 'z'
可以传入一个default参数,如果属性不存在,就返回默认值:
>>> getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z',如果不存在,返回默认值404
404
也可以获得对象的方法:
>>> hasattr(obj, 'power') # 有属性'power'吗?
True
>>> getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'
>
>>> fn = getattr(obj, 'power') # 获取属性'power'并赋值到变量fn
>>> fn # fn指向obj.power
>
>>> fn() # 调用fn()与调用obj.power()是一样的
81
2.2 使用__slots__
如果我们想要限制实例的属性怎么办?比如,只允许对Student实例添加name和age属性。
为了达到限制的目的,Python允许在定义class的时候,定义一个特殊的__slots__变量,来限制该class实例能添加的属性:
class Student(object):
__slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称
然后,我们试试:
>>> s = Student() # 创建新的实例
>>> s.name = 'Michael' # 绑定属性'name'
>>> s.age = 25 # 绑定属性'age'
>>> s.score = 99 # 绑定属性'score'
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'
2.3 使用@property
在绑定属性时,如果我们直接把属性暴露出去,虽然写起来很简单,但是没办法检查参数,导致可以随便给属性赋值。
对于类的方法,装饰器一样起作用。Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的:
class Student(object):
@property
def score(self):
return self._score
@score.setter
def score(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise ValueError('score must be an integer!')
if value < 0 or value > 100:
raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
self._score = value
@property的使用方法是:把一个getter方法变成属性,只需要加上@property就可以了,此时,@property本身又创建了另一个装饰器@score.setter,负责把一个setter方法变成属性赋值,于是,我们就拥有一个可控的属性操作。
>>> s = Student()
>>> s.score = 60 # OK,实际转化为s.set_score(60)
>>> s.score # OK,实际转化为s.get_score()
60
>>> s.score = 9999
Traceback (most recent call last):
...
ValueError: score must between 0 ~ 100!
注意到这个神奇的@property,我们在对实例属性操作的时候,就知道该属性很可能不是直接暴露的,而是通过getter和setter方法来实现的。
还可以定义只读属性,只定义getter方法,不定义setter方法就是一个只读属性。
2.4 多重继承
在设计类的继承关系时,通常,主线都是单一继承下来的,例如,Ostrich继承自Bird。但是,如果需要“混入”额外的功能,通过多重继承就可以实现,比如,让Ostrich除了继承自Bird外,再同时继承Runnable。Python允许使用多重继承,这种设计通常称之为MixIn。
MixIn的目的就是给一个类增加多个功能,这样,在设计类的时候,我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能,而不是设计多层次的复杂的继承关系。
2.5 定制类
后面用到实际例子时再补充。
2.6 使用枚举类
当我们需要定义常量时,一个办法是用大写变量通过整数来定义,例如月份:
JAN = 1
FEB = 2
MAR = 3
...
NOV = 11
DEC = 12
好处是简单,缺点是类型是int,并且仍然是变量。
更好的方法是为这样的枚举类型定义一个class类型,然后,每个常量都是class的一个唯一实例。Python提供了Enum类来实现这个功能:
from enum import Enum
Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'))
这样我们就获得了Month类型的枚举类,可以直接使用Month.Jan来引用一个常量,或者枚举它的所有成员:
for name, member in Month.__members__.items():
print(name, '=>', member, ',', member.value)
value属性则是自动赋给成员的int常量,默认从1开始计数。
如果需要更精确地控制枚举类型,可以从Enum派生出自定义类:
from enum import Enum, unique
@unique
class Weekday(Enum):
Sun = 0 # Sun的value被设定为0
Mon = 1
Tue = 2
Wed = 3
Thu = 4
Fri = 5
Sat = 6
@unique装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。
2.7 使用元类
type()函数可以查看一个类型或变量的类型,例如Hello是一个class,它的类型就是type,而h是一个实例,它的类型就是class Hello。type()函数既可以返回一个对象的类型,又可以创建出新的类型,比如,我们可以通过type()函数创建出Hello类,而无需通过class Hello(object)...的定义。
我们说class的定义是运行时动态创建的,而创建class的方法就是使用type()函数。通过type()函数创建的类和直接写class是完全一样的,因为Python解释器遇到class定义时,仅仅是扫描一下class定义的语法,然后调用type()函数创建出class:
>>> def fn(self, name='world'): # 先定义函数
... print('Hello, %s.' % name)
...
>>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 创建Hello class
>>> h = Hello()
>>> h.hello()
Hello, world.
>>> print(type(Hello))
>>> print(type(h))
要创建一个class对象,type()函数依次传入3个参数:
class的名称;
继承的父类集合,注意Python支持多重继承,如果只有一个父类,别忘了tuple的单元素写法;
class的方法名称与函数绑定,这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。
2.7.1 metaclass
除了使用type()动态创建类以外,要控制类的创建行为,还可以使用metaclass。metaclass,直译为元类,简单的解释就是:当我们定义了类以后,就可以根据这个类创建出实例,所以:先定义类,然后创建实例。
但是如果我们想创建出类呢?那就必须根据metaclass创建出类,所以:先定义metaclass,然后创建类。连接起来就是:先定义metaclass,就可以创建类,最后创建实例。
所以,metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说,你可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。
先看一个简单的例子,这个metaclass可以给我们自定义的MyList增加一个add方法。定义ListMetaclass,按照默认习惯,metaclass的类名总是以Metaclass结尾,以便清楚地表示这是一个metaclass:
# metaclass是类的模板,所以必须从`type`类型派生:
class ListMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
有了ListMetaclass,我们在定义类的时候还要指示使用ListMetaclass来定制类,传入关键字参数metaclass:
class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):
pass
当我们传入关键字参数metaclass时,魔术就生效了,它指示Python解释器在创建MyList时,要通过ListMetaclass.__new__()来创建,在此,我们可以修改类的定义,比如,加上新的方法,然后,返回修改后的定义。__new__()方法接收到的参数依次是:
当前准备创建的类的对象;
类的名字;
类继承的父类集合;
类的方法集合。
测试一下MyList是否可以调用add()方法:
>>> L = MyList()
>>> L.add(1)
>> L
[1]
而普通的list没有add()方法:
>>> L2 = list()
>>> L2.add(1)
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
AttributeError: 'list' object has no attribute 'add'
使用元类这块比较复杂,等楼主后面涉及到这块的实际例子再来补充这块。