面向对象程序设计(英语:Object-oriented programming,缩写:OOP)是种具有对象概念的程序编程范式,同时也是一种程序开发的抽象方针。在此不再累述编程范式的种种类别,重点讨论“类与对象”概念及特性。
1 类与对象的概念
类(class): 对一类具有相同属性的对象的抽象。比如,牧羊犬、金毛、哈士奇都可抽象为“狗”类。类的定义包含了数据的形式以及对数据的操作。
对象(object): 类的实例,每个对象都是其类中的一个实体。比如,我家的狗名字叫buck, 那么buck这条活生生的狗就是“狗”这个类的实例。
我们来看一下python中是如何定义一个类的:
# 定义一个 Dog 类 class Dog: def __init__(self, name): self.name = name def talk(self): print("[{}]:Wang Wang Wang.".format(self.name)) # 创建对象buck buck = Dog("buck") # 调用对象中的talk()方法 buck.talk()
对上述定义类的代码中的某些关键字进行简单阐述:
定义类: 通过class这个关键字定义一个类,类名叫Dog。
属性: name变量就是Dog这个类封装的一个属性。
方法: talk()函数就是Dog这个类中的方法。
self: 注意这是个特殊参数,当类实例化之后self即是对象本身。
创建对象:在类名之后添加括号,传入需要的参数,就创建了一个对象。
访问对象中的属性或方法:通过 对象.属性 或者 对象.方法 的形式。
__init__():类的构造函数,创建对象会调用该方法,后面会详细解释。
简单了解了类与对象的概念、定义类,创建对象、属性和方法等之后,我们接着阐述面向对象的三大特性:封装、继承、多态。
2 封装性
属性和方法都叫类的成员。封装(Encapsulation)是通过限制只有特定类的对象可以访问这一特定类的成员,其中有两点需要注意:
一是类抽象出一些成员封装在某个地方;二是通过某种形式可以访问这些成员。
下面的代码定义了一个Person类, 封装了人的name, age,还有一个自我介绍的hello() 方法。
class Person: def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def hello(self): print("Hello, my name is %s, i‘m %s years old" % (self.name, self.age)) # 封装到某处 person1 = Person("YouYuan Liu", 25) person2 = Person("Jeo Chen", 38) # 访问属性 print(person1.name) # YouYuan Liu print(person2.name) # Jeo Chen # 访问方法 person1.hello() # Hello, my name is YouYuan Liu, i‘m 25 years old person2.hello() # Hello, my name is Jeo Chen, i‘m 38 years old
2.1 封装到某处
当执行 person1 = Person("YouYuan Liu", 25)时,self 等于 person1,并把 "YouYuan Liu" 和 25 分别封装到了self/person1 的name和age中;
当执行 person2 = Person("Jeo Chen", 38)时,self 等于 person2, 并把 "Jeo Chen" 和 38 分别封装到了self/person1 的name和age中。
2.2 访问封装的内容
(1)访问属性
通过 对象.属性 的方式访问,如person1.name就是访问之前封装的person1这个对象的name属性,即"YouYuan Liu"。
(2)访问方法
通过 对象.方法 的方式访问,如person1.hello() 访问到了hello()方法,hello中调用了self.name 和self.age,实际上此处self=person1,通过self间接访问了属性。
3 继承性
3.1 单继承
继承性(Inheritance)是指,在某种情况下,一个类会有“子类”。子类比原本的类(称为父类)要更加具体化。例如上例 “人(Person)”这个类,它可能会有“男人类(Man)”、“女人类(Woman)”这两个子类。
子类会继承父类的属性和行为,并且也可包含它们自己的。如女人类(Woman),会继承人(Person)的“姓名name”、“年龄age”以及“自我介绍hello()”等成员,也有自己独有的成员“生孩子birth_children()”。
下列代码演示了Python语法怎么实现继承:
class Person: def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def hello(self): print("Hello, my name is %s, i‘m %s years old" % (self.name, self.age)) class Man(Person): def __init__(self, name, age): # 继承的第一种写法 Person.__init__(self, name, age) class Woman(Person): def __init__(self, name, age): # 继承的第二种写法 super(Woman, self).__init__(name, age) def birth_children(self, p): print("[{}] birthed [{}]".format(self.name, p))
注意上述两种继承的写法。子类既继承了父类的所有成员,又有自己的独有成员:
man1 = Man("YouYuan Liu", 25) woman1 = Woman("Jeo Chen", 38) print(man1.name) # YouYuan Liu man1.hello() # Hello, my name is YouYuan Liu, i‘m 25 years old print(woman1.age) # 38 woman1.birth_children("little Jeo") # [Jeo Chen] birthed [little Jeo]
3.2 多继承
继承是面向对象编程的一个重要的方式,因为通过继承,子类就可以扩展父类的功能。Python中是支持多重继承的,此处我们着重谈一下面试常考的多重继承顺序。
(1)在Python3中多继承
写下如下代码:
class A: def run(self): print("run A") class B(A): def run(self): super(B, self).run() print("run B") class C(A): def run(self): super(C, self).run() print("run C") class D(B, C): def run(self): super(D, self).run() print("run D") class E(B, C): pass a = A() b = B() c = C() d = D() e = E()
接下来我们运行:
b.run() # run A # run B
这里不难理解,因为在class B 的run()方法中,显式地调用了其父类(class A)的run()方法,所以,会先执行类A的run()方法,然后再执行类B的run()方法。
那我们接着运行下面的代码:
d.run() # run A # run C # run B # run D
这就有点难以理解了。按照我们“正常的思维”理解:调用D中的run()方法,不是应该找D的父类B的run()方法,然后B中的run()调用其父类A中的方法run()了吗,那么顺序应该是run A-->run B -->run D啊,这里第二个位置怎么多了个run C 呢?
这是为什么?为什么?Why?
这是因为Python3中的多继承是按照"广度优先"(Breadth-First Search)顺序继承的。什么是广度优先呢?我们将上面的A/B/C/D类继承关系画成一颗树:
广度优先,就意味着继承顺序变成了D ---> B ---> C ---> A。展开而言,当调用D中的run(),由于D中run()主动调用父级run()即B中run();B中run()主动调用父级run()即C中run();C中run()主动调用父级run()即A中run()。所以自然打印顺序就成了:
run A ---> run C ---> run B ---> run D
好了,那么思考一下下面的代码会打印什么呢,你能解释打印结果吗?
e.run()
(2)Python2中的多继承
在Python2中,经典类和新式类的继承顺序不同,经典类是按照深度优先顺序,而新式类是按照广度优先的。
Python 2.x中默认都是经典类,只有显式继承了object才是新式类。
# python2.x中: # 经典类 默认 class A: pass # 新式类 class A(object): pass
Python 3.x中默认都是新式类,不必显式的继承object。
# python3.x中: # 以下均是新式类 class A: pass class A(object): pass
4 多态性
多态(Polymorphism)是指由继承而产生的相关的不同的类,其对象对同一消息会做出不同的响应。例如,狗和猫都有“叫()”这一方法,但是调用狗的“叫()”,狗会汪汪叫;调用猫的“叫()”,鸡则会喵喵叫。
在Python中崇尚鸭子类型:
class Dog(object): def talk(self): print("Wang wang!") class Cat(object): def talk(self): print("Miao miao~~") def animal_talk(obj): obj.talk() dog = Dog() cat = Cat() animal_talk(dog) animal_talk(cat) # Wang wang! # Miao miao~~
有种“一个接口,多种实现”的感觉。
5 面向对象的优势
(1)程序的解耦 (2)代码的可复用 性 (3)代码清晰,易于理解,便于维护。
假设现在我们要实现一个人的自我介绍,那么我们对比一下,不用面向对象,和用面向对象,有啥区别:
5.1 不用面向对象
def talk(name, age, city): print("I am {}, {} years old, from {}".format(name, age, city)) talk("Liu yi fei", 30, "BJ") talk("Liu you yuan", 25, "HB") talk("Jeo Chen", 38, "TW")
5.2 面向对象
class Person(object): def __init__(self, name, age, city): self.name = name self.age = age self.city = city def talk(self): print("I am {}, {} years old, from {}".format(self.name, self.age, self.city)) obj1 = Person("Liu yi fei", 30, "BJ") obj1.talk() obj2 = Person("Liu you yuan", 25, "HB") obj2.talk() obj3 = Person("Jeo Chen", 38, "TW") obj3.talk()
这样一看,不用面向对象似乎代码更短、更简洁? 那为啥还要用面向对象?
但是, 我们想想啊,假设还有500个人,另外还有跑步run(),吃eat(),睡sleep()等10种方法。
不用面向对象的话,1个人的10中方法就会重复写10次:方法("name", "age", "city")了;而面向对象只需要写一次。当然这只是一个简单例子罢了,面向对象的优势远不止这些,在此不再多说。
6 小结
类: 对一类具有相同属性的对象的抽象,如哈士奇、金毛都可抽象为狗类。
对象:类的实例。狗类的一个实例,如我家的狗 buck。
面向对象的三大特性:封装、继承、多态。
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