26.Python之面向对象的三大特性（继承、封装、多态）

Python之面向对象的三大特性（继承、封装、多态）

继承与派生

继承
- 继承是一种新建类的方式，在Python中支持一个子类继承多个父类。继承是类与类之间的从属关系，寻找这种关系需要先抽象，再继承。新建的类称为子类或派生类，父类又称为基类或超类。子类会继承父类的属性，可以使用父类的静态变量和方法。继承其实增加了类的耦合性。
使用继承的意义
- 减少代码冗余。

继承的使用方法

在Python 2中类分为两种，一种叫经典类（没有继承了object类，以及该类的子类，查找顺序遵从深度优先），一种叫新式类（继承了object类，以及该类的子类，查找顺序遵从广度优先，新式类中使用类名.mro()可以查看C3算法）。但在Python 3中全都为新式类。类的继承分为两种，一种是单继承，单继承可以继承多次；一种是多继承，Python中支持多继承，但并不是所有语言都支持，使用多继承可以同时继承多个父类，查找顺序为先继承的先找。

# For Example：
class ParentClass1:
    pass

class ParentClass2:
    pass

class SubClass1(ParentClass1):    # 单继承
    pass

class SubClass2(ParentClass1,ParentClass2):    #多继承，先从写在前面的父类中找
pass

print(SubClass1.__bases__)    # 查看SubClass的父类
print(SubClass2.__bases__)    # 查看SubClass的父类

# For Example：
class Father(object):   # 继承object这种写法可以兼容Python 2
    def __init__(self):
        self.func()

    def func(self):
        print('The func from Father')

class Son(Father):  # 子类Son会继承父类Father的所有属性和方法
    def func(self): 
        print('The func from Son')

son = Son() # The func from Son
# 注意：代码自上而下执行，定义Father类的时候，会开辟一个名称空间，将__init__和func放入Father类的名称空间；定义Son类的时候，也会开辟一个名称空间，程序读到class Son(Father)时会产生一个类指针，指向Father类的名称空间，同时将类指针和func存入Son的名称空间中；当程序读到son = Son()进行实例化产生对象的时候，同样也会为对象son开辟一个名称空间，产生一个类指针，指向Son类，并且实例化会自动触发__init__，首先会在对象son的名称空间找__init__，找不到，再去Son类中找，也没有，再通过类指针指向的Father中查找，找到了__init__，把son作为self传入到__init__中，此时，father中__init__的self实际上指向的时son的名称空间，当执行self.func()时，首先会在son的名称空间查找func()，没有，再去Son类中查找，发现有一个func()方法，执行，因此，son = Son()得到的结果是：The func from Son。

print(Son.mro())    # 查看广度优先的查找顺序，只在新式类中有

派生

如果子类的类体中只有一个pass，意味着全部继承父类。如果子类中定义了自己新的属性，称之为派生。如果子类中的属性或方法与父类重名，子类永远优先调用自己的属性或方法。如果需要在子类的方法中调用父类的方法，需要通过 父类名.方法名(self) 的方式。

class Chinese(object):
    country = 'China' # 类的属性
    def __init__(self, name, birthday, sex):
        self.name = name
        self.birthday = birthday
        self.sex = sex

    def attribute(self): # 类的方法
        print('这是父类的方法')

class Northerners(Chinese):
    def northerners_diet(self):
        print(F'{self.name} is northerners,Eat pasta')

    def attribute(self):    # 子类中定义自己的attribute方法，称之为派生
        Chinese.attribute(self) # 在子类的方法中调用父类的方法
        print('这是子类的方法')

class Southerners(Chinese):
    pass    # Southerners类全部继承Chinese类

n1 = Northerners('Northerner', '2000-01-01', 'male')
n1.attribute()    # 这是子类的方法

在子类派生出的新方法中重用父类功能方法

方式一：指名道姓的调用（其实与继承没有什么关系）

# For Example:
class User(object):
    def __init__(self, name, password, mobile):
        self.name = name
        self.password = password
        self.mobile = mobile

class VIPUser(object):
    def __init__(self, name, password, mobile, effective_date, expiring_date):
        # self.name = name
        # self.password = password
        # self.mobile
        User.__init__(self, name, password, mobile)    # 使用类名调用
        self.effective_date = effective_date
        self.expiring_date = expiring_date

user = VIPUser('老王', '123', 'xxx', '2020-01-01', '2021-01-01')
print(user.__dict__)

方式二： super()调用（严格依赖于继承）

super()的返回值是一个特殊的对象，该对象专门用来调用父类中的属性。

class User(object):
    def __init__(self, name, password, mobile):
        self.name = name
        self.password = password
        self.mobile = mobile

class VIPUser(User):    #  使用super()必须继承父类
    def __init__(self, name, password, mobile, effective_date, expiring_date):
        # self.name = name
        # self.password = password
        # self.mobile
        super().__init__(name, password, mobile)    # super()专门调取父类的方法，super(VIPUser, self)
        self.effective_date = effective_date
        self.expiring_date = expiring_date

user = VIPUser('老王', '123', 'xxx', '2020-01-01', '2021-01-01')
print(user.__dict__)

以上两种方式用哪种都可以，但不要混合使用

抽象类

抽象类是一个开发规范，或者说是用来规范开发代码的，通过抽象类可以约束它所有的子类实现相同的方法。一般用于多人协同开发时进行开发代码规范。

抽象类的实现方式一：

# 定义支付抽象类
class Payment(object):
    '''
    Payment为抽象类，用于规范子类的pay方法。
    '''
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def pay(self, amount):  # 严格限定子类方法的命名，如果不一样就主动抛出异常
        raise NotImplementedError('请在子类中规范pay方法的命名')

# 定义一个通过支付宝支付的类
class AliPay(Payment):  #
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过支付宝成功支付：{amount}元')

# 定义一个通过微信支付的类
class WeChatPay(Payment):
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过微信成功支付：{amount}元')

# 定义一个通过苹果支付的类
class ApplePay(Payment):
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过苹果成功支付：{amount}元')

# 归一化设计：让调用者不用实例化对象
def pay(name, payment_method, amount):
    if payment_method == 'AliPay':
        obj = AliPay(name)
        obj.pay(amount)

    elif payment_method == 'WeChatPay':
        obj = WeChatPay(name)
        obj.pay(amount)

    elif payment_method == 'ApplePay':
        obj = ApplePay(name)
        obj.pay(amount)

# 其他程序员调用归一化设计的支付接口
pay('马云', 'AliPay', 10000)  # 马云通过支付宝成功支付：10000元
pay('马化腾', 'WeChatPay', 10000)  # 马化腾通过微信成功支付：10000元
pay('乔布斯', 'ApplePay', 10000)   # 乔布斯通过苹果成功支付：10000元

# 原理：以ApplePay为例，当ApplePay实例化产生对象obj后，obj调用ApplePay类中的pay方法，如果ApplePay中的pay方法不是以‘pay’命名，则在ApplePay类中找不到pay方法，通过类指针去父类Payment中进行查找，找到了pay方法，但pay方法中的功能为主动抛出异常，借此来实现开发代码的规范。

抽象类的实现方式二：

# 导入相关模块
from abc import ABCMeta, abstractclassmethod
# 定义支付抽象类
class Payment(metaclass=ABCMeta):
    '''
    Payment为抽象类，用于规范子类的pay方法。
    '''
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    @abstractclassmethod    # 为pay加装饰器
    def pay(self):
        pass

# 定义一个通过支付宝支付的类
class AliPay(Payment):  
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过支付宝成功支付：{amount}元')

# 定义一个通过微信支付的类
class WeChatPay(Payment):
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过微信成功支付：{amount}元')

# 定义一个通过苹果支付的类
class ApplePay(Payment):
    def pay(self, amount):  # 由于父类抽象类的限制，此方法必须命名为：pay
        print(F'{self.name}通过苹果成功支付：{amount}元')

# 归一化设计：让调用者不用实例化对象
def pay(name, payment_method, amount):
    if payment_method == 'AliPay':
        obj = AliPay(name)
        obj.pay(amount)

    elif payment_method == 'WeChatPay':
        obj = WeChatPay(name)
        obj.pay(amount)

    elif payment_method == 'ApplePay':
        obj = ApplePay(name)
        obj.pay(amount)

# 其他程序员调用归一化设计的支付接口
pay('马云', 'AliPay', 10000)  # 马云通过支付宝成功支付：10000元
pay('马化腾', 'WeChatPay', 10000)  # 马化腾通过微信成功支付：10000元
pay('乔布斯', 'ApplePay', 10000)   # 乔布斯通过苹果成功支付：10000元

封装

封装
- 装就是把属性存起来，封就是把这些存起来的属性隐藏，封装的终极奥义：明确的区分内外，对外是隐藏的，对内是开放的；隐藏对象的属性和实现细节，让类外部的使用者无法直接使用，仅对外提供公共访问方式。
- 广义的封装：把属性和方法装起来，在外部不能直接调用。装在类中的属性和方法都是广义上的封装。
- 狭义的封装：把类的属性和方法藏起来，在类的外部不能调用，只能在内部使用。
使用封装的意义
- 封装数据属性的目的：把数据属性封装起来，然后需要开辟接口给类外部的使用者使用，好处是我们可以在接口处添加逻辑控制，从而严格控制访问者对属性的操作。
- 使用封装的三个场景：
  - 不想让别人看，也不想让别人改。
  - 可以让别人看，但不想让别人改。
  - 可以看也可以改，但必须按照指定的规则改。

封装的使用方法

import hashlib

class User(object):
    def __init__(self, username, password):
        self.username = username
        self.__password = password  # 在实例变量前面加上 __ ，就可以把实例变量隐藏起来，实例变量__password名变为：_User_password

    def __generate_hash(self):  # 在方法前面加上 __ ，也可以把方法隐藏起来，在类外部无法调取
        '''
        这是一个将用户密码加密生成MD5值的私有方法
        :return: 用户密码加密后的MD5值
        '''
        md5 = hashlib.md5(self.username.encode('utf-8'))    # 使用username加盐
        md5.update(self.__password.encode('utf-8'))
        return md5.hexdigest()

    def get_password(self):
        return self.__generate_hash()

user = User('Python', '123')
# user.__password = '456'    # 无法更改，会报错
# user. __generate_hash()    # 无法调取，会报错
res = user.get_password()
print(res)    # 输出结果：ae35eacb1cb6f6d38c29a04ecb2d7471

# 隐藏属性：其实这种隐藏只是语法上的一种变形，这种语法上的变形，只在类定义阶段发生一次，类定义之后，新增的`__`开头的属性都没有变形效果。
# 如果父类不想让子类覆盖自己的方法，可以在方法名前加`__`开头。
# 在类的外部不能定义私有方法。
# 私有方法子类不能继承使用。

私有方法的调用

class Father(object):
    def __init__(self):
        self.__func()   # self.__func 实际上是： self._Father__func()

    def __func(self):   # __func 实际上是： _Father__func
        print('The func from Father')

class Son(Father):
    def __func(self):   # __func 实际上是： _Son__func
        print('The func from Son')

son = Son()    # The func from Father

数据类型的级别
- 在其他编程语言中数据类型有三种级别：
  - Public（公有的）：类内类外都能用，父类子类都能用。
  - Protect（保护的）：类内能用，父类子类都能用，类外不能用。
  - Private（私有的）：只有自己的类中能用，其他地方都不能用。
- 在Python中只支持：Public（公有的）和 Private（私有的）。

封装之property

property 是一装饰器，访问它时会执行一段功能（函数）然后返回值，用来将类内的方法伪装成一个数据属性。

# For Example：
class People(object):
    def __init__(self, name, weight, height):
        self.name = name
        self.weight = weight
        self.height = height

@property  # 装饰器，将类中的方法伪装成一个数据属性
def bmi(self):  # 被装饰的方法一定不能有参数
    return self.weight / (self.height ** 2)

p1 = People('Python', 80, 1.68)
p1.name # 调用类的属性
p1.bmi  # bmi被@property伪装成了一个数据属性，因此调用时不用加()
# p1.bmi对应的是一个函数，所以不能被赋值

# For Example：
class User(object):
    def __init__(self, username, password):
        self.username = username
        self.__password = password  # 私有实例变量

    @property   # 将password方法伪装成一个属性，达到只能看，不能改的效果
    def password(self):
        '''
        定义一个password方法，只能看，不能改
        :return:
        '''
        return self.__password

user = User('Python', '123')
pwd = user.password # 调用者以为password是个属性，但其实只能看，不能改
print(pwd)  # 123

封装之property的进阶用法

class Goods(object):
    '''
     这是一个商品类：
     有商品名称，商品价格以及折扣
     可以进行商品价格的调整，如打折和涨价
    '''
    discount = 0.8  # 折扣
    def __init__(self, name, original_price):
        self.name = name
        self.__orig_price = float(original_price)

    @property   # 将price伪装成属性
    def price(self):
        '''
        这是一个实现商品价格折扣的方法
        :return: 商品折扣的价格
        '''
        return self.__orig_price * self.discount

    @price.setter   # @后面的名字必须与上面的方法名称price一样，被装饰的方法可以传入一个值
    def price(self, new_value):    # 定义的新方法名字必须与上面的方法名price一样
        '''
        这是一个实现商品改变原价的方法
        :param new_value:
        :return: 原价变动后的价格
        '''
        self.__orig_price = float(new_value)

    @price.deleter    # @后面的名字必须与上面的方法名称price一样
    def price(self):
        del self.__orig_price


iphone12 = Goods('iPhone12', 12000)
print(iphone12.price)   # 调用的是被@property装饰的price    输出结果：9600.0
iphone12.price = 13000.0  # 调用的是被@price.setter装饰的price
print(iphone12.price)   # 输出结果：10400.0
del iphone12.price  # 调用的是被@price.deleter装饰的price

封装之classmethod

classmethod是一个装饰器，用于装饰类中的方法，被装饰的方法会成为一个类方法。

应用场景：定义一个方法，默认传self，但这个self没被使用，并且在这个方法里用到了类名调用属性的时候，需要使用classmethod。

class Goods(object):
    '''
    这是一个商品类
    '''
    __discount = 0.8

    def __init__(self, name, original_price):
        self.name = name
        self.__orig_price = float(original_price)
        self.price = self.__orig_price * Goods.__discount

    @classmethod    # 把一个对象的绑定方法，修改成类方法
    def change_discount(cls, new_discount):     # cls会把类本身传进来，cls = Goods
        '''
        这是一个修改折扣的方法
        此方法中self实际上没有被使用
        :param new_discount:
        :return:
        '''
        # Goods.__discount = new_discount
        cls.__discount = new_discount   # 调用类中的静态变量

Goods.change_discount(0.6)  # 不用实例化，直接用类名调用方法
iPhone = Goods('iPhone', 13000)
print(iPhone.price)

import time

class Date(object):
    def __init__(self, year, month, day):
        self.year = year
        self.month = month
        self.day = day

    @classmethod
    def today(cls):
        struct_time = time.localtime()
        date = cls(struct_time.tm_year, struct_time.tm_mon, struct_time.tm_mday)
        return date

today_obj = Date.today()
print(today_obj.year)   # 调的是self.year = 2020
print(today_obj.month)  # 调的是self.month = 3
print(today_obj.day)    # 调的是self.day = 13

封装之staticmethod

staticmethod是一个装饰器，用于装饰类中的方法，被装饰的方法会成为一个静态方法。

应用场景：类外部的一个普通函数，需要放到类中，仍然保持普通函数的状态，需要使用staticmethod。一般纯面向对象编程中才会用到，不常用。

-   能定义再类中的内容

    -   静态变量：所有对象共享的变量，由对象或类调用
    -   绑定方法：自带self的函数，由对象调用。
    -   property属性：伪装成属性的方法，由对象调用，但不加()。
    -   类方法：自带cls的函数，由对象或类调用。
    -   静态方法：就是一个普通函数，由对象或类调用。

    ```python
    class People(object):
    
        country = '中国'    # 静态变量
    
        def func(self):    # 绑定方法
            print(self.__dict__)
    
        @property
        def property_func(self):    # property属性
            return 'property属性'
    
        @classmethod
        def class_func(cls):    # 类方法
            print(cls)
    
        @ staticmethod
        def static_func():    # 静态方法
            print('不用穿self，就是一个普通函数')
    ```

最后编辑于：2020.03.15 12:11:03

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