Python學習手冊--第六部分(類)

面向對象編程 是最有效的軟件編寫方法之一。在面向對象編程中，你編寫表示現實世界中的事物和情景的類，并基于這些類來創建對象。編寫類時，你定義一大類對象都有的通用行為。基于類創建對象 時，每個對象都自動具備這種通用行為，然后可根據需要賦予每個對象獨特的個性。使用面向對象編程可模擬現實情景，其逼真程度達到了令你驚訝的地步。

根據類來創建對象被稱為實例化 ，這讓你能夠使用類的實例。在本章中，你將編寫一些類并創建其實例。你將指定可在實例中存儲什么信息，定義可對這些實例執行哪些操作。你還將編寫一些類來擴展既有類的功能，讓相似的類能夠高效地共享代碼。你將把自己編寫的類存儲在模塊中，并在自己的程序文件中導入其他程序員編寫的類。

理解面向對象編程有助于你像程序員那樣看世界，還可以幫助你真正明白自己編寫的代碼：不僅是各行代碼的作用，還有代碼背后更宏大的概念。了解類背后的概念可培養邏輯思維，讓你能夠通過編寫程序來解決遇到的幾乎任何問題。

創建和使用類

使用類幾乎可以模擬任何東西，下面我們來舉個例子：

class Person(): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def eat(self): print(self.name.title() + '現在在吃飯') def sleep(self): print(self.name.title() + '現在在睡覺')

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這里需要注意的東西很多，我們來一一介紹。

類中的函數稱為方法，你前面學習的函數都可以叫方法。但千萬注意了，init()這個方法是非常特殊的，每當你創建Person類的實例時，Python會自動運行它。在這個方法中，開頭和末尾都有一個下劃線，這是一種約定，是不可以省略的。

我們在該方法中定義了三個形參：self、name、age，形參self必不可少，還必須位于其它形參的前面，為何必須在方法中定義形參self呢?因為Python調用這個方法來創建Person時，將自動傳入實參self，每個與類相關聯的方法調用都自動傳遞實參self，它是一個指向實例本身的引用，讓實例能夠訪問類中的屬性和方法。我們創建Person實例時，Python將調用_init_()方法，我們將通過實參向Person()傳遞名字和年齡，self會自動傳遞，因此我們不需要傳遞它，也就是說，我們只需要傳遞兩個實參即可。

class Person(): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def eat(self): print(self.name.title() + '現在在吃飯') def sleep(self): print(self.name.title() + '現在在睡覺') person = Person('張三', 20) print(person.name) print(person.age)

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在上述程序段中，我們創建了一個Person的實例，并將張三和20作為實參進行傳遞，此時Python使用實參張三和20調用Person類中的_init_()，該方法通過我們傳遞過去的參數創建了一個Person類的實例，并使用我們提供的值來設置屬性name和age。方法 init()并未顯式地包含return語句，但Python會自動返回一個表示這個人的實例。

要訪問屬性，很簡單，創建了實例之后，通過句點表示法調用。

person.name persn.age

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調用方法也是一樣的，使用句點表示法即可。

person.eat() person.sleep()

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使用類和實例

你可以使用類來模擬現實世界中的很多情景。類編寫好后，你的大部分時間都將花在使用根據類創建的實例上。你需要執行的一個重要任務是修改實例的屬性。你可以直接修改實例的屬性，也可以編寫方法以特定的方式進行修改。

下面來編寫一個表示手機的類，它存儲了有關手機的信息，還有一個匯總這些信息的方法。

class Phone(): def __init__(self, color, money, year): self.color = color self.money = money self.year = year def get_phone_info(self): """ 返回描述信息""" info = '顏色:' + self.color + ',價格:' + self.money + ',出廠日期:' + str(self.year) return info phone = Phone('red', '5000', 2019) info = phone.get_phone_info() print(info)

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第二次來看這個類應該很簡單了吧，不多說了。

類中的每個屬性都必須有初始值，哪怕這個值是0或空字符串。在有些情況下，如設置默認值時，在方法__init__() 內指定這種初始值是可行的；如果你對某個屬性這樣做了，就無需包含為它提供初始值的形參。

下面來添加一個名為use_time的屬性，其初始值總是為0，我們還添加一個名為read_use_time的方法，用戶讀取手機的使用時間。

class Phone(): def __init__(self, color, money, year): self.color = color self.money = money self.year = year self.use_time = 0 def read_use_time(self): print('手機使用時間:' + str(self.use_time)) def get_phone_info(self): """ 返回描述信息""" info = '顏色:' + self.color + ',價格:' + self.money + ',出廠日期:' + str(self.year) return info phone = Phone('red', '5000', 2019) info = phone.get_phone_info() print(info) phone.read_use_time()

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運行程序，控制臺輸出手機使用時間為0，在現實生活中，出售時手機使用時間為0的手機可不多，因此我們需要一個修改該屬性的值得途徑。

可以以三種不同的方式修改屬性的值：直接通過實例進行修改；通過方法進行設置；通過方法進行遞增（增加特定的值）。下面依次介紹這些方法。

要修改屬性的值，最簡單的方法就是通過實例直接訪問它。

class Phone(): ...... phone = Phone('red', '5000', 2019) info = phone.get_phone_info() print(info) phone.use_time = 10 phone.read_use_time()

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如果有替你更新屬性的方法，將大有裨益。這樣，你就無需直接訪問屬性，而可將值傳遞給一個方法，由它在內部進行更新。

class Phone(): ...... def update_use_time(self, use_time): self.use_time = use_time ...... phone = Phone('red', '5000', 2019) info = phone.get_phone_info() print(info) phone.update_use_time(10) phone.read_use_time()

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有時候需要將屬性值遞增特定的量，而不是將其設置為全新的值。

class Phone(): ...... def increment_use_time(self, time): self.use_time += time ...... phone = Phone('red', '5000', 2019) info = phone.get_phone_info() print(info) phone.increment_use_time(10) phone.read_use_time()

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繼承

編寫類時，并非總是要從空白開始。如果你要編寫的類是另一個現成類的特殊版本，可使用繼承 。一個類繼承 另一個類時，它將自動獲得另一個類的所有屬性和方法；原有的類稱為父類 ，而新類稱為子類 。子類繼承了其父類的所有屬性和方法，同時還可以定義自己的屬性和方法。

創建子類的實例時，Python首先需要完成的任務是給父類的所有屬性賦值，為此，子類的方法_init_()需要父類施以援手。

class Animal(): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def eat(self): print(self.name + '會吃飯') def sleep(self): print(self.name + '會睡覺') class Dog(Animal): def __init__(self, name, age): # 初始化父類屬性 super().__init__(name, age) def arithmetic(self): print(self.name + '會算術') dog = Dog('John', 20) print(dog.eat()) print(dog.sleep()) print(dog.arithmetic())

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首先是Animal類的代碼。創建子類時，父類必須包含在當前文件中，且位于子類前面。接下來我們定義了Dog類，定義子類時，必須在括號內指定父類的名稱，方法_init_()接收創建Animal所需的參數。

子類中的super()是一個特殊的函數，幫助Python將父類和子類關聯起來，這行代碼讓Python調用Animal的父類的方法_init_()方法，讓Animal實例包含父類的所有屬性。父類也稱為超類，名稱super因此而得名。

讓一個類繼承另一個類之后，可添加區分子類和父類所需的新屬性和方法。

下面來添加一個狗特有的屬性，以及一個描述該屬性的方法。

class Animal(): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def eat(self): print(self.name + '會吃飯') def sleep(self): print(self.name + '會睡覺') class Dog(Animal): def __init__(self, name, age): # 初始化父類屬性 super().__init__(name, age) self.food = 'bone' def describe_food(self): print('狗的食物是' + self.food) def arithmetic(self): print(self.name + '會算術') dog = Dog('John', 20) print(dog.eat()) print(dog.sleep()) print(dog.arithmetic()) print(dog.describe_food())

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對于父類的方法，只要它不符合子類模擬的實物的行為，都可對其進行重寫。為此，可在子類中定義一個這樣的方法，即它與要重寫的父類方法同名。這樣，Python將不會考慮這個父類方法，而只關注你在子類中定義的相應方法。

假如有這樣一個品種的狗，它很神奇，從來不用睡覺，那么Animal類的sleep()對它來說就毫無意義，因此你可能想重寫它。

class Animal(): ...... class Dog(Animal): ...... def sleep(self): print(self.name + '從來不睡覺') dog = Dog('John', 20) print(dog.eat()) print(dog.sleep()) print(dog.arithmetic()) print(dog.describe_food())

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現在，如果有人對Dog類調用方法sleep() ，Python將忽略Animal類中的方法sleep() ，轉而運行上述代碼。使用繼承時，可讓子類保留從父類那里繼承而來的精華，并剔除不需要的糟粕。

使用代碼模擬實物時，你可能會發現自己給類添加的細節越來越多：屬性和方法清單以及文件都越來越長。在這種情況下，可能需要將類的一部分作為一個獨立的類提取出來。你可以將大型類拆分成多個協同工作的小類。

例如，我們在不斷給Dog類添加細節時會發現，其中很多屬性都是用來描述一只狗的 外觀的，在這種情況下，我們可以將這些屬性和方法提取出來，放到另一個名為Appearance的類中，并將Appearance的實例用作Dog類的一個屬性。

class Animal(): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def eat(self): print(self.name + '會吃飯') def sleep(self): print(self.name + '會睡覺') class Appearance(): def __init__(self, color='black', height='50'): self.color = color self.height = height class Dog(Animal): def __init__(self, name, age): # 初始化父類屬性 super().__init__(name, age) self.appearance = Appearance() def describe_food(self): print('狗的食物是' + self.food) def arithmetic(self): print(self.name + '會算術') def sleep(self): print(self.name + '從來不睡覺') dog = Dog('John', 20) print(dog.appearance.color) print(dog.appearance.height)

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導入類

隨著你不斷地給類添加功能，文件可能變得很長，即便你妥善地使用了繼承亦如此。為遵循Python的總體理念，應讓文件盡可能整潔。為在這方面提供幫助，Python允許你將類存儲在模塊中，然后在主程序中導入所需的模塊。

from animal import Animal animal = Animal('John', 20) print(animal.name) print(animal.age)

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這跟導入模塊的語法是一樣的，所以不作過多贅述。

Python標準庫

Python標準庫 是一組模塊，安裝的Python都包含它。你現在對類的工作原理已有大致的了解，可以開始使用其他程序員編寫好的模塊了。可使用標準庫中的任何函數和類，為此，只需在程序開頭包含一條簡單的import 語句。下面來看模塊collections 中的一個類——OrderedDict 。

字典讓你能夠將信息關聯起來，但它們不記錄你添加鍵—值對的順序。要創建字典并記錄其中的鍵—值對的添加順序，可使用模塊collections 中的OrderedDict 類。OrderedDict 實例的行為幾乎與字典相同，區別只在于記錄了鍵—值對的添加順序。

from collections import OrderedDict favorite_fruit = OrderedDict() favorite_fruit['zhangsan'] = 'apple' favorite_fruit['lisi'] = 'banana' favorite_fruit['wangwu'] = 'pear' for name, fruit in favorite_fruit.items(): print(name + '最喜歡的水果是' + fruit)

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我們首先從collections中導入了OrderedDict類，然后創建了OrderedDict的實例，并將其保存到了favorite_fruit變量中，這局代碼的作用是創建了一個空的有序字典，接下來，我們以每次一對的方式添加鍵值對，并遍歷字典。

這是一個很不錯的類，它兼具列表和字典的主要優點（在將信息關聯起來的同時保留原來的順序）。等你開始對關心的現實情形建模時，可能會發現有序字典正好能夠滿足需求。隨著你對標準庫的了解越來越深入，將熟悉大量可幫助你處理常見情形的模塊。

Python 面向對象編程

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