Python 封装、继承、多态

时间:2020-7-29 作者:admin


面向对象的三大特征:

  • 封装
    • 确保对象中的数据安全
  • 继承
    • 保证了对象的可扩展性
  • 多态
    • 保证了程序的灵活性

封装

封装是面向对象的三大特性之一
封装指的是隐藏对象中一些不希望被外部所访问到的属性或方法
如何隐藏一个对象中的属性?

  • 将对象的属性名,修改为一个外部不知道的名字

如何获取(修改)对象中的属性?

  • 需要提供一个getter和setter方法使外部可以访问到属性
  • getter 获取对象中的指定属性(get_属性名)
  • setter 用来设置对象的指定属性(set_属性名)

使用封装,确实增加了类的定义的复杂程度,但是它也确保了数据的安全性

  • 1.隐藏了属性名,使调用者无法随意的修改对象中的属性
  • 2.增加了getter和setter方法,很好的控制的属性是否是只读的
    如果希望属性是只读的,则可以直接去掉setter方法
    如果希望属性不能被外部访问,则可以直接去掉getter方法
  • 3.使用setter方法设置属性,可以增加数据的验证,确保数据的值是正确的
  • 4.使用getter方法获取属性,使用setter方法设置属性
    可以在读取属性和修改属性的同时做一些其他的处理
  • 5.使用getter方法可以表示一些计算的属性
class Dog:
    '''
        表示狗的类
    '''
    def __init__(self , name , age , gender , height):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender
        self.height = height

    def jiao(self):
        '''
            狗叫的方法
        '''
        print('汪汪汪~~~')

    def yao(self):
        '''
            狗咬的方法
        '''  
        print('我咬你~~')

    def run(self):
        print('%s 快乐的奔跑着~~'%self.name)     


d = Dog('小黑',8,'male',30)

d.name = '阿黄'
d.age = -10
d.run()

print(d.age)

print(d.name , d.age , d.gender , d.height)
        

目前我们可以直接通过 对象.属性 的方式来修改属性的值,这种方式导致对象中的属性可以随意修改
非常的不安全,值可以任意修改,不论对错
现在我们就需要一种方式来增强数据的安全性
1.属性不能随意修改(我让你改你才能改,不让你改你就不能改)
2.属性不能修改为任意的值(年龄不能是负数)

class Dog:
    '''
        表示狗的类
    '''
    def __init__(self , name , age):
        self.hidden_name = name
        self.hidden_age = age

    def say_hello(self):
        print('大家好,我是 %s'%self.hidden_name) 

    def get_name(self):
        '''
            get_name()用来获取对象的name属性
        '''    
        # print('用户读取了属性')
        return self.hidden_name

    def set_name(self , name):
        # print('用户修改了属性')
        self.hidden_name = name

    def get_age(self):
        return self.hidden_age

    def set_age(self , age):
        if age > 0 :
            self.hidden_age = age    


d = Dog('旺财',8)

d.say_hello()

# 调用setter来修改name属性 
d.set_name('小黑')
d.set_age(-10)

d.say_hello()
print(d.get_age())

定义一个矩形类:

class Rectangle:
    '''
        表示矩形的类
    '''
    def __init__(self,width,height):
        self.hidden_width = width
        self.hidden_height = height

    def get_width(self):
        return self.hidden_width

    def get_height(self):
        return self.hidden_height   

    def set_width(self , width):
        self.hidden_width = width 

    def set_height(self , height):
        self.hidden_height = height 

    def get_area(self):
        return self.hidden_width * self.hidden_height        

r = Rectangle(5,2)  
r.set_width(10)
r.set_height(20)

print(r.get_area())    

可以为对象的属性使用双下划线开头,__xxx
双下划线开头的属性,是对象的隐藏属性,隐藏属性只能在类的内部访问,无法通过对象访问
其实隐藏属性只不过是Python自动为属性改了一个名字
实际上是将名字修改为了,_类名__属性名 比如 __name -> _Person__name

class Person:
    def __init__(self,name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

    def set_name(self , name):
        self.__name = name        

p = Person('孙悟空')

# print(p.__name) __开头的属性是隐藏属性,无法通过对象访问
p.__name = '猪八戒' 
print(p._Person__name)  #输出还是孙悟空
p._Person__name = '猪八戒'

print(p.get_name()) #输出为猪八戒

使用__开头的属性,实际上依然可以在外部访问,所以这种方式我们一般不用
一般我们会将一些私有属性(不希望被外部访问的属性)以_开头
一般情况下,使用_开头的属性都是私有属性,没有特殊需要不要修改私有属性

class Person:
    def __init__(self,name):
        self._name = name

    def get_name(self):
        return self._name

    def set_name(self , name):
        self._name = name   

p = Person('孙悟空')

print(p._name)

property装饰器,用来将一个get方法,转换为对象的属性
添加为property装饰器以后,我们就可以像调用属性一样使用get方法
使用property装饰的方法,必须和属性名是一样的

class Person:
    def __init__(self,name,age):
        self._name = name
        self._age = age

    @property    
    def name(self):
        print('get方法执行了~~~')
        return self._name

    # setter方法的装饰器:@属性名.setter
    @name.setter    
    def name(self , name):
        print('setter方法调用了')
        self._name = name        

    @property
    def age(self):
        return self._age

    @age.setter    
    def age(self , age):
        self._age = age   

        

p = Person('猪八戒',18)

p.name = '孙悟空'
p.age = 28

print(p.name,p.age)

输出结果

setter方法调用了
get方法执行了~~~
孙悟空 28

继承

Python 同样支持类的继承,如果一种语言不支持继承,类就没有什么意义。

定义一个类 Animal(动物)
这个类中需要两个方法:run() sleep()

class Animal:
    def run(self):
        print('动物会跑~~~')

    def sleep(self):
        print('动物睡觉~~~')

定义一个类 Dog(狗)
这个类中需要三个方法:run() sleep() bark()

class Dog:
    def run(self):
        print('狗会跑~~~')

    def sleep(self):
        print('狗睡觉~~~')

    def bark(self):
        print('汪汪汪~~~') 

有一个类,能够实现我们需要的大部分功能,但是不能实现全部功能
如何能让这个类来实现全部的功能呢?
① 直接修改这个类,在这个类中添加我们需要的功能

  • 修改起来会比较麻烦,并且会违反OCP原则

② 直接创建一个新的类

  • 创建一个新的类比较麻烦,并且需要大量的进行复制粘贴,会出现大量的重复性代码

③ 直接从Animal类中来继承它的属性和方法

  • 继承是面向对象三大特性之一
  • 通过继承我们可以使一个类获取到其他类中的属性和方法
  • 在定义类时,可以在类名后的括号中指定当前类的父类(超类、基类、super)
    子类(衍生类)可以直接继承父类中的所有的属性和方法

通过继承可以直接让子类获取到父类的方法或属性,避免编写重复性的代码,并且也符合OCP原则
所以我们经常需要通过继承来对一个类进行扩展

class Animal:
    def run(self):
        print('动物会跑~~~')

    def sleep(self):
        print('动物睡觉~~~')
        
class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print('汪汪汪~~~') 

    def run(self):
        print('狗跑~~~~')    

class Hashiqi(Dog):
    def fan_sha(self):
        print('我是一只傻傻的哈士奇')        

d = Dog()
h = Hashiqi()

d.run()
d.sleep()
d.bark()

r = isinstance(d , Dog)
r = isinstance(d , Animal)
print(r)

输出结果:

狗跑~~~~
动物睡觉~~~
汪汪汪~~~
True

在创建类时,如果省略了父类,则默认父类为object
object是所有类的父类,所有类都继承自object

class Person(object):
    pass

issubclass() 检查一个类是否是另一个类的子类

print(issubclass(Animal , Dog))
print(issubclass(Animal , object))
print(issubclass(Person , object))

isinstance()用来检查一个对象是否是一个类的实例
如果这个类是这个对象的父类,也会返回True
所有的对象都是object的实例

print(isinstance(print , object))

重写

如果在子类中如果有和父类同名的方法,则通过子类实例去调用方法时,
会调用子类的方法而不是父类的方法,这个特点我们成为叫做方法的重写(覆盖,override)

class Animal:
    def run(self):
        print('动物会跑~~~')

    def sleep(self):
        print('动物睡觉~~~')


class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print('汪汪汪~~~') 

    def run(self):
        print('狗跑~~~~')    

# 创建Dog类的实例
d = Dog()

d.run()

当我们调用一个对象的方法时,
会优先去当前对象中寻找是否具有该方法,如果有则直接调用
如果没有,则去当前对象的父类中寻找,如果父类中有则直接调用父类中的方法,
如果没有,则去父类的父类中寻找,以此类推,直到找到object,如果依然没有找到,则报错

class A(object):
    def test(self):
        print('AAA')

class B(A):
    def test(self):
        print('BBB')

class C(B):
    def test(self):
        print('CCC')   

# 创建一个c的实例
c = C()
c.test()
class Animal:
    def __init__(self,name):
        self._name = name

    def run(self):
        print('动物会跑~~~')

    def sleep(self):
        print('动物睡觉~~~')

    @property
    def name(self):
        return self._name

    @name.setter    
    def name(self,name):
        self._name = name

# 父类中的所有方法都会被子类继承,包括特殊方法,也可以重写特殊方法
class Dog(Animal):

    def __init__(self,name,age):
        # 希望可以直接调用父类的__init__来初始化父类中定义的属性
        # super() 可以用来获取当前类的父类,
        #   并且通过super()返回对象调用父类方法时,不需要传递self
        super().__init__(name)
        self._age = age

    def bark(self):
        print('汪汪汪~~~') 

    def run(self):
        print('狗跑~~~~')   

    @property
    def age(self):
        return self._age

    @age.setter    
    def age(self,age):
        self._age = name        

d = Dog('旺财',18) 

print(d.name)       #旺财
print(d.age)        #18

多重继承

在Python中是支持多重继承的,也就是我们可以为一个类同时指定多个父类
可以在类名的()后边添加多个类,来实现多重继承
多重继承,会使子类同时拥有多个父类,并且会获取到所有父类中的方法
在开发中没有特殊的情况,应该尽量避免使用多重继承,因为多重继承会让我们的代码过于复杂
如果多个父类中有同名的方法,则会现在第一个父类中寻找,然后找第二个,然后找第三个。。。
前边父类的方法会覆盖后边父类的方法

class A(object):
    def test(self):
        print('AAA')

class B(object):
    def test(self):
        print('B中的test()方法~~')

    def test2(self):
        print('BBB') 

class C(A,B):
    pass

# 类名.__bases__ 这个属性可以用来获取当前类的所有父类    
# print(C.__bases__) (<class '__main__.B'>,)
# print(B.__bases__) (<class 'object'>,)

# print(C.__bases__) # (<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>)

c = C()

c.test()	#AAA

多态

多态是面向对象的三大特征之一
多态从字面上理解是多种形态
狗(狼狗、藏獒、哈士奇、古牧 。。。)
一个对象可以以不同的形态去呈现

定义两个类

class A:
    def __init__(self,name):
        self._name = name

    @property
    def name(self):
        return self._name
        
    @name.setter
    def name(self,name):
        self._name = name   

class B:
    def __init__(self,name):
        self._name = name

    def __len__(self):
        return 10

    @property
    def name(self):
        return self._name
        
    @name.setter
    def name(self,name):
        self._name = name   

class C:
    pass


a = A('孙悟空')
b = B('猪八戒')
c = C()

定义一个函数
对于say_hello()这个函数来说,只要对象中含有name属性,它就可以作为参数传递
这个函数并不会考虑对象的类型,只要有name属性即可

def say_hello(obj):
    print('你好 %s'%obj.name)

在say_hello_2中我们做了一个类型检查,也就是只有obj是A类型的对象时,才可以正常使用,
其他类型的对象都无法使用该函数,这个函数就违反了多态
违反了多态的函数,只适用于一种类型的对象,无法处理其他类型对象,这样导致函数的适应性非常的差
注意,向isinstance()这种函数,在开发中一般是不会使用的!

def say_hello_2(obj):
    # 做类型检查
    if isinstance(obj , A):
        print('你好 %s'%obj.name)    
say_hello(b)    #你好 猪八戒
say_hello_2(b)	#没有输出

鸭子类型
如果一个东西,走路像鸭子,叫声像鸭子,那么它就是鸭子

len()
之所以一个对象能通过len()来获取长度,是因为对象中具有一个特殊方法__len__
换句话说,只要对象中具有__len__特殊方法,就可以通过len()来获取它的长度

l = [1,2,3]
s = 'hello'

# print(len(l))
# print(len(s))
print(len(b))	#10
print(len(c))	#发生异常: TypeError   object of type 'C' has no len()

属性和方法

# 定义一个类
class A(object):

    # 类属性
    # 实例属性
    # 类方法
    # 实例方法
    # 静态方法

    # 类属性,直接在类中定义的属性是类属性
    #   类属性可以通过类或类的实例访问到
    #   但是类属性只能通过类对象来修改,无法通过实例对象修改
    count = 0

    def __init__(self):
        # 实例属性,通过实例对象添加的属性属于实例属性
        #   实例属性只能通过实例对象来访问和修改,类对象无法访问修改
        self.name = '孙悟空'

    # 实例方法
    #   在类中定义,以self为第一个参数的方法都是实例方法
    #   实例方法在调用时,Python会将调用对象作为self传入  
    #   实例方法可以通过实例和类去调用
    #       当通过实例调用时,会自动将当前调用对象作为self传入
    #       当通过类调用时,不会自动传递self,此时我们必须手动传递self
    def test(self):
        print('这是test方法~~~ ' , self)    

    # 类方法    
    # 在类内部使用 @classmethod 来修饰的方法属于类方法
    # 类方法的第一个参数是cls,也会被自动传递,cls就是当前的类对象
    #   类方法和实例方法的区别,实例方法的第一个参数是self,而类方法的第一个参数是cls
    #   类方法可以通过类去调用,也可以通过实例调用,没有区别
    @classmethod
    def test_2(cls):
        print('这是test_2方法,他是一个类方法~~~ ',cls)
        print(cls.count)

    # 静态方法
    # 在类中使用 @staticmethod 来修饰的方法属于静态方法  
    # 静态方法不需要指定任何的默认参数,静态方法可以通过类和实例去调用  
    # 静态方法,基本上是一个和当前类无关的方法,它只是一个保存到当前类中的函数
    # 静态方法一般都是一些工具方法,和当前类无关
    @staticmethod
    def test_3():
        print('test_3执行了~~~')


a = A()
# 实例属性,通过实例对象添加的属性属于实例属性
a.count = 10
A.count = 100
print('A ,',A.count)    # A , 100
print('a ,',a.count)    # a , 10
# print('A ,',A.name)     # 发生异常: AttributeError  type object 'A' has no attribute 'name'
print('a ,',a.name)     # a , 孙悟空

a.test() # 等价于 A.test(a) # 这是test方法~~~  <__main__.A object at 0x000002670D2EE320>

A.test_2() # 等价于 a.test_2() # 这是test_2方法,他是一个类方法~~~  <class '__main__.A'>   10

A.test_3()  # test_3执行了~~~
a.test_3()  # test_3执行了~~~

输出结果

A , 100
a , 10
a , 孙悟空
这是test方法~~~  <__main__.A object at 0x0000010C2D62F278>
这是test_2方法,他是一个类方法~~~  <class '__main__.A'>
100
test_3执行了~~~
test_3执行了~~~

垃圾回收

就像我们生活中会产生垃圾一样,程序在运行过程当中也会产生垃圾
程序运行过程中产生的垃圾会影响到程序的运行的运行性能,所以这些垃圾必须被及时清理
没用的东西就是垃圾
在程序中没有被引用的对象就是垃圾,这种垃圾对象过多以后会影响到程序的运行的性能
所以我们必须进行及时的垃圾回收,所谓的垃圾回收就是讲垃圾对象从内存中删除
在Python中有自动的垃圾回收机制,它会自动将这些没有被引用的对象删除,
所以我们不用手动处理垃圾回收

class A:
    def __init__(self):
        self.name = 'A类'

    # del是一个特殊方法,它会在对象被垃圾回收前调用
    def __del__(self):
        print('A()对象被删除了~~~',self)

a = A()
b = a # 又使用一个变量b,来引用a对应的对象

print(a.name)

a = None # 将a设置为了None,此时没有任何的变量对A()对象进行引用,它就是变成了垃圾
b = None
del a
del b
input('回车键退出...')

输出结果

A类
A()对象被删除了~~~ <__main__.A object at 0x0000014529C8A0B8>
回车键退出...

特殊方法

特殊方法,也称为魔术方法
特殊方法都是使用__开头和结尾的
特殊方法一般不需要我们手动调用,需要在一些特殊情况下自动执行

# 定义一个Person类
class Person(object):
    """人类"""
    def __init__(self, name , age):
        self.name = name
        self.age = age

    # __str__()这个特殊方法会在尝试将对象转换为字符串的时候调用
    # 它的作用可以用来指定对象转换为字符串的结果  (print函数)  
    def __str__(self):
        return 'Person [name=%s , age=%d]'%(self.name,self.age)        

    # __repr__()这个特殊方法会在对当前对象使用repr()函数时调用
    # 它的作用是指定对象在 ‘交互模式’中直接输出的效果    
    def __repr__(self):
        return 'Hello'        

    # object.__add__(self, other)
    # object.__sub__(self, other)
    # object.__mul__(self, other)
    # object.__matmul__(self, other)
    # object.__truediv__(self, other)
    # object.__floordiv__(self, other)
    # object.__mod__(self, other)
    # object.__divmod__(self, other)
    # object.__pow__(self, other[, modulo])
    # object.__lshift__(self, other)
    # object.__rshift__(self, other)
    # object.__and__(self, other)
    # object.__xor__(self, other)
    # object.__or__(self, other)

    # object.__lt__(self, other) 小于 <
    # object.__le__(self, other) 小于等于 <=
    # object.__eq__(self, other) 等于 ==
    # object.__ne__(self, other) 不等于 !=
    # object.__gt__(self, other) 大于 >
    # object.__ge__(self, other) 大于等于 >= 
    
    # __len__()获取对象的长度

    # object.__bool__(self)
    # 可以通过bool来指定对象转换为布尔值的情况
    def __bool__(self):
        return self.age > 17

    # __gt__会在对象做大于比较的时候调用,该方法的返回值将会作为比较的结果
    # 他需要两个参数,一个self表示当前对象,other表示和当前对象比较的对象
    # self > other
    def __gt__(self , other):
        return self.age > other.age


# 创建两个Person类的实例        
p1 = Person('孙悟空',18)
p2 = Person('猪八戒',28)

# 打印p1
# 当我们打印一个对象时,实际上打印的是对象的中特殊方法 __str__()的返回值
# print(p1) # <__main__.Person object at 0x04E95090>
print(p1)   # Person [name=孙悟空 , age=18]
print(p2)   # Person [name=猪八戒 , age=28]

print(repr(p1)) # Hello

t = 1,2,3
print(t) # (1, 2, 3)

print(p1 > p2)  # False
print(p2 > p1)  # True

print(bool(p1)) # True

if p1 :
    print(p1.name,'已经成年了')
else :
    print(p1.name,'还未成年了')
# 孙悟空 已经成年了
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