Python自动化 【第六篇】：Python基础-面向对象

目录：

1. 面向过程VS面向对象
2. 面向对象编程介绍
3. 为什么要用面向对象进行开发
4. 面向对象的特性：封装、继承、多态

面向过程 VS 面向对象

面向过程编程(Procedural Programming)

　　面向过程编程依赖一个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。

　　这样做的问题也是显而易见的，就是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，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。

面向对象编程(Object-Oriented Programming )

　　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、原型。在类中定义了这些对象的都具备的属性（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，人与人之前有共性，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，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
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

面向对象编程介绍/为什么面向对象进行开发

　　无论用什么形式来编程，我们都要明确记住以下原则：

• 写重复代码是非常不好的低级行为
• 你写的代码需要经常变更

　　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

　　OOP编程的主要作用也是使你的代码修改和扩展变的更容易，函数编程与OOP的主要区别就是OOP可以使程序更加容易扩展和易更改。

　　用一个cs游戏介绍面向对象编程的优点：

 1 # role 1
 2 name = ‘Alex‘
 3 role = ‘terrorist‘
 4 weapon = ‘AK47‘
 5 life_value = 100
 6
 7 # rolw 2
 8 name2 = ‘Jack‘
 9 role2 = ‘police‘
10 weapon2 = ‘B22‘
11 life_value2 = 100

　　上面定义了一个恐怖份子Alex和一个警察Jack,但只2个人不好玩呀，一干就死了，没意思，那我们再分别一个恐怖分子和警察吧，

 1 # role 1
 2
 3 name = ‘Alex‘
 4
 5 role = ‘terrorist‘
 6
 7 weapon = ‘AK47‘
 8
 9 life_value = 100
10
11 money = 10000
12
13
14
15 # rolw 2
16
17 name2 = ‘Jack‘
18
19 role2 = ‘police‘
20
21 weapon2 = ‘B22‘
22
23 life_value2 = 100
24
25 money2 = 10000
26
27
28
29 # role 3
30
31 name3 = ‘Rain‘
32
33 role3 = ‘terrorist‘
34
35 weapon3 = ‘C33‘
36
37 life_value3 = 100
38
39 money3 = 10000
40
41
42
43 # rolw 4
44
45 name4 = ‘Eric‘
46
47 role4 = ‘police‘
48
49 weapon4 = ‘B51‘
50
51 life_value4 = 100
52
53 money4 = 10000

　　4个角色虽然创建好了，但是有个问题就是，每创建一个角色，我都要单独命名，name1,name2,name3,name4…，后面的调用的时候这个变量名你还都得记着，要是再让多加几个角色，估计调用时就很容易弄混啦，所以我们想一想，能否所有的角色的变量名都是一样的，但调用的时候又能区分开分别是谁？

　　还可以把变量写成字典缩减代码：

 1 roles = {
 2
 3     1: {‘name‘: ‘Alex‘,
 4
 5         ‘role‘: ‘terrorist‘,
 6
 7         ‘weapon‘: ‘AK47‘,
 8
 9         ‘life_value‘: 100,
10
11         ‘money‘: 15000,
12
13         },
14
15     2: {‘name‘: ‘Jack‘,
16
17         ‘role‘: ‘police‘,
18
19         ‘weapon‘: ‘B22‘,
20
21         ‘life_value‘: 100,
22
23         ‘money‘: 15000,
24
25         },
26
27     3: {‘name‘: ‘Rain‘,
28
29         ‘role‘: ‘terrorist‘,
30
31         ‘weapon‘: ‘C33‘,
32
33         ‘life_value‘: 100,
34
35         ‘money‘: 15000,
36
37         },
38
39     4: {‘name‘: ‘Eirc‘,
40
41         ‘role‘: ‘police‘,
42
43         ‘weapon‘: ‘B51‘,
44
45         ‘life_value‘: 100,
46
47         ‘money‘: 15000,
48
49         },
50
51 }
52
53
54
55 print(roles[1])  # Alex
56
57 print(roles[2])  # Jack

　　给每个角色添加功能，每个功能写成函数，功能如下：

 1 def shot(by_who):
 2
 3     #开了枪后要减子弹数
 4
 5     pass
 6
 7 def got_shot(who):
 8
 9     #中枪后要减血
10
11     who[‘life_value’] -= 10
12
13     pass
14
15 def buy_gun(who,gun_name):
16
17     #检查钱够不够,买了枪后要扣钱
18
19     pass
20
21 ...

　　之前的代码改成用OOP中的“类”来实现的话如下：

 1 class Role(object):
 2
 3     def __init__(self, name, role, weapon, life_value=100, money=15000):
 4
 5         self.name = name
 6
 7         self.role = role
 8
 9         self.weapon = weapon
10
11         self.life_value = life_value
12
13         self.money = money
14
15
16
17     def shot(self):
18
19         print("shooting...")
20
21
22
23     def got_shot(self):
24
25         print("ah...,I got shot...")
26
27
28
29     def buy_gun(self, gun_name):
30
31         print("just bought %s" % gun_name)
32
33
34
35 r1 = Role(‘Alex‘, ‘police‘, ‘AK47’) #生成一个角色
36
37 r2 = Role(‘Jack‘, ‘terrorist‘, ‘B22’)  #生成一个角色

　　先不考虑语法细节，相比函数式写法，上面用面向对象中的类来写最直接的改进有以下2点：

• 代码量少了近一半
• 角色和它所具有的功能可以一目了然看出来

　　接下来我们一起分解一下上面的代码分别 是什么意思

　　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，以后再讲为什么
    　　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都 是什么意思？ 看下面解释
        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)， 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，那么这第一个参数self有什么用呢？

　　初始化一个角色，就需要调用这个类一次：

r1 = Role(‘Alex‘,‘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(‘Jack‘,‘terrorist‘,‘B22’)  #生成一个角色

　　上面的创建角色时，我们并没有给__init__传值，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，

r1 = Role(‘Alex‘,‘police‘,‘AK47’) #此时self 相当于 r1 ,  Role(r1,‘Alex‘,‘police‘,‘AK47’)
r2 = Role(‘Jack‘,‘terrorist‘,‘B22’)#此时self 相当于 r2, Role(r2,‘Jack‘,‘terrorist‘,‘B22’)

　　执行r1 = Role(‘Alex‘,‘police‘,‘AK47’)时，python的解释器其实干了两件事：

• 在内存中开辟一块空间指向r1这个变量名
• 调用Role这个类并执行其中的__init__(…)方法，相当于Role.__init__(r1,‘Alex‘,‘police‘,’AK47’),这么做是为什么呢？ 是为了把‘Alex‘,‘police‘,’AK47’这3个值跟刚开辟的r1关联起来，是为了把‘Alex‘,‘police‘,’AK47’这3个值跟刚开辟的r1关联起来，是为了把‘Alex‘,‘police‘,’AK47’这3个值跟刚开辟的r1关联起来，重要的事情说3次， 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个参数跟谁关联呀。

　　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。

　　总结一下：

　　1）上面的这个r1 = Role(‘Alex‘,‘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

面向对象的特性

封装

封装是面向对象的特征之一，是对象和类概念的主要特性。

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。

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。

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。

OO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：

 1 class SchoolMember(object):
 2     members = 0  # 初始学校人数为0
 3
 4     def __init__(self, name, age):
 5         self.name = name
 6         self.age = age
 7
 8     def tell(self):
 9         pass
10
11     def enroll(self):
12         ‘‘‘注册‘‘‘
13         SchoolMember.members += 1
14         print("\033[32;1mnew member [%s] is enrolled,now there are [%s] members.\033[0m " % (
15         self.name, SchoolMember.members))
16
17     def __del__(self):
18         ‘‘‘析构方法‘‘‘
19         print("\033[31;1mmember [%s] is dead!\033[0m" % self.name)
20
21
22 class Teacher(SchoolMember):
23     def __init__(self, name, age, course, salary):
24         super(Teacher, self).__init__(name, age)
25         self.course = course
26         self.salary = salary
27         self.enroll()
28
29     def teaching(self):
30         ‘‘‘讲课方法‘‘‘
31         print("Teacher [%s] is teaching [%s] for class [%s]" % (self.name, self.course, ‘s12‘))
32
33     def tell(self):
34         ‘‘‘自我介绍方法‘‘‘
35         msg = ‘‘‘Hi, my name is [%s], works for [%s] as a [%s] teacher !‘‘‘ % (self.name, ‘Oldboy‘, self.course)
36         print(msg)
37
38
39 class Student(SchoolMember):
40     def __init__(self, name, age, grade, sid):
41         super(Student, self).__init__(name, age)
42         self.grade = grade
43         self.sid = sid
44         self.enroll()
45
46     def tell(self):
47         ‘‘‘自我介绍方法‘‘‘
48         msg = ‘‘‘Hi, my name is [%s], I‘m studying [%s] in [%s]!‘‘‘ % (self.name, self.grade, ‘Oldboy‘)
49         print(msg)
50
51
52 if __name__ == ‘__main__‘:
53     t1 = Teacher("Alex", 22, ‘Python‘, 20000)
54     t2 = Teacher("TengLan", 29, ‘Linux‘, 3000)
55
56     s1 = Student("Qinghua", 24, "Python S12", 1483)
57     s2 = Student("SanJiang", 26, "Python S12", 1484)
58
59     t1.teaching()
60     t2.teaching()
61     t1.tell()

多态

　　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。

　　Pyhon不直接支持多态，但可以间接实现

　　通过Python模拟的多态

 1 class Animal:
 2     def __init__(self, name):  # Constructor of the class
 3         self.name = name
 4
 5     def talk(self):  # Abstract method, defined by convention only
 6         raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")
 7
 8
 9 class Cat(Animal):
10     def talk(self):
11         return ‘Meow!‘
12
13
14 class Dog(Animal):
15     def talk(self):
16         return ‘Woof! Woof!‘
17
18
19 animals = [Cat(‘Missy‘),
20            Dog(‘Lassie‘)]
21
22 for animal in animals:
23     print
24     animal.name + ‘: ‘ + animal.talk()