第4章 類與對象

第4章類與對象主講人：***13-10月-23Python數據分析與數據挖掘目錄contents面向對象0102類和對象03類定義與使用04屬性方法05繼承0706運算符重載面向對象014.1面向對象面向對象定義：是針對面向過程這一思想的不足所提出的，是指以“對象”為核心反映現實中的事物，并以對象之間的消息傳遞描述事物之間的關系，從而構建程序。實施過程：首先依據對現實需求的分析抽象提取出多個對象，然后為其增加相應的屬性和功能，從而達到讓對象實現相關的動作。應用：數據庫系統(tǒng)、交互式界面、應用結構、應用平臺、分布式系統(tǒng)、網絡管理結構、CAD技術、人工智能等多個領域。優(yōu)點：較于面向過程，更適用于復雜化的程序，且易維護、易復用、易擴展，思維邏輯更加貼近于現實生活，更容易解決大型的復雜的業(yè)務邏輯。面向過程定義：它是以解決問題的過程為核心進行編程，是一種自頂向下、逐步細化的過程，更側重于過程之間的關系。存在問題：面對復雜的問題時，過程之間相互調用，步驟流程錯綜復雜，面向過程就很難解決，或者代碼會特別繁雜。類和對象024.2類和對象Python作為面向對象的語言，其實現基礎就是類和對象。類（class）是指具有相似特征和行為的事物的集合，是一種廣義的數據類型，支持定義復雜數據的特性，包括靜態(tài)特性（即數據抽象）和動態(tài)特性（即行為抽象，也就是對數據的操作方法），如：正方形、平行四邊形都屬于四邊形這一類，而四邊形的周長和面積則是對應的操作。對象是現實中該類事物的一個個體，是類的實例。一個類可以支持多個對象的創(chuàng)建，而創(chuàng)建類的一個實例的過程被稱為實例化。例如：鳥類是一個類，其中具備性別，年齡等屬性，會飛，鳴叫等是方法，而喜鵲、鳳凰、鸚鵡等鳥類是幾個對象。4.2類和對象類與對象的區(qū)別之處：類是對象的抽象，而對象是類的具體實例。類是抽象的，而對象是具體的。每一個對象都是某一個類的實例。每一個類在某一時刻都有零或更多的實例。類是靜態(tài)的，它們的存在、語義和關系在程序執(zhí)行前就已經定義好了，對象是動態(tài)的，它們在程序執(zhí)行時可以被創(chuàng)建和刪除。類是生成對象的模板。類定義與使用034.3類定義與使用類通過class定義，定義時類名一般需要首字母大寫。定義格式如下：class類名：

屬性名=屬性值 def__init__(self,x,y): self.XXX=x self.XXX=y

def方法名（self）：

方法體 def方法名（self）：

方法體說明：定義類與內置類地位相同，可以出現在代碼中的任何位置，最常見的是出現在模塊外層，通過import語句導入并使用。類屬性，是在類中方法之外定義的，可通過類名訪問。此外，類屬性也可通過對象訪問，但一般不建議這樣做，容易導致類屬性值不一致的情況。類方法，是對動態(tài)特征的抽象，一個類中可定義多個不同的方法，而每個方法的第一個參數都是self，其代表要創(chuàng)建的對象本身。此外，類方法只能通過對象來調用，即向類發(fā)消息請求對象執(zhí)行某個方法。class類名：

屬性名=屬性值

def__init__(self,x,y): self.XXX=x self.XXX=y def方法名（self）：

方法體 def方法名（self）：

方法體說明：構造函數(__init__)初始化程序，通常在創(chuàng)建和初始化這個類的新對象時被調用，Python提供一個默認的構造函數。如果類中沒有顯性定義__init__()方法，則創(chuàng)建對象時調用默認方法，不做任何操作，直接返回一個對象；如果類中顯性定義了__init__()方法，則創(chuàng)建對象時會優(yōu)先調用顯式方法。__init__()方法的第一個參數是self，表示正在創(chuàng)建的對象，可以通過方法體中的語句實現為對象的屬性賦值。該方法還可以有多個參數，創(chuàng)建對象時需要為這些參數提供實際值，從而實現對象屬性的操作。4.3類定義與使用類的使用是在主函數，具體語法格式如下：對象名=類名（）對象名.方法名（）【分析】：類定義放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Student類,采用導入模塊的形式將其導入。利用“Student”類創(chuàng)建一個對象名為“zhangsan”的對象，創(chuàng)建時采用Python默認的構造函數，并通過“類名.屬性”和“對象名.方法名”的方式訪問類屬性（age）和對應的方法（learning()和play()方法）。[例4-1]類的定義實例。4.3類定義與使用【分析】：類定義放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Student_new類。在類定義中定義了類屬性(age)、對象屬性（weight和height）和方法（BMI()）。在主函數中創(chuàng)建一個名為“wangwu”的對象，創(chuàng)建時采用顯式定義的構造函數__init__，并將其初始化，傳入對象的身高和體重。以“對象名.屬性”和“對象名.方法名”的方式訪問類屬性和對應的方法，同時在主函數中修改屬性值。[例4-2]類的定義實例。4.3類定義與使用屬性044.4.1實例屬性和類屬性類屬性：在定義類中且在方法之外定義的屬性，是所有類的對象都具有的屬性。通常情況下，類屬性一般通過類名進行訪問，也可通過對象名進行類屬性的訪問，但一般不推薦，容易造成屬性值不一致的情況。同時可在主函數中直接修改屬性值或者直接添加屬性，如“Student”類中的“age”屬性。實例屬性：定義在構造函數__init__中的屬性，定義時以self為前綴。實例屬性是描述某一對象特征的數據，故而只專屬于對象的屬性，也只能通過對象名訪問，如Student_new類中的self.weight和self.height屬性。實例屬性的設置也比較靈活，可以在定義類中的__init__方法中設置，也可在主函數中直接添加修改。[例4-3]類的實例屬性與類屬性實例。（Student_new參照4-2）【分析】：類定義放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Studen_new類。創(chuàng)建對象時采用顯式定義的構造函數__init__，并通過“對象名.屬性”和“對象名.方法名”的方式訪問類屬性和對應的方法。同時在主函數中對已有的類屬性和實例屬性修改，并新增類屬性（sex）和實例屬性（score）。4.4.1實例屬性和類屬性在有時，類中的一些屬性不希望對外公開，因此屏蔽一些屬性值在實現功能時有較大意義。Python中默認的成員函數和成員變量都是公開的，其中的私有屬性和方法沒有類似Java中public、private等關鍵詞來修飾，所以僅以編程來實現區(qū)分。私有屬性：屬性名前有前綴“__”的屬性，一般情況下，只能在類的內部調用，但也可以在類外部以“實例名._類名__私有屬性名”的方式訪問。公有屬性：除私有屬性外，其余均為公有屬性。4.4.2公有屬性和私有屬性[例4-4]類的共有屬性和私有屬性實例?！痉治觥浚涸诒纠惺褂玫狡渲械腟tudent_private類。定義類中分別定義了私有屬性（__age和__weight）和公有屬性，并在方法中直接調用了私有屬性（__age屬性）。創(chuàng)建對象時采用顯式定義的構造函數__init__，并通過“對象名.屬性”和“對象名.方法名”的方式訪問公有的類屬性和對應的方法，但不適用于私有方法的訪問，否則會報錯。4.4.2公有屬性和私有屬性[例4-4]類的共有屬性和私有屬性實例。（以下是錯誤示范）4.4.2公有屬性和私有屬性用戶不能用wangwu.__weight方式訪問學生體重，然而用戶也就知道了__weight是個私有變量。我們有沒有一種方法讓用戶通過wangwu.weight來訪問學生分數同時繼續(xù)保持__weight私有變量的屬性呢？這時我們可以借助python的@property裝飾器。[例4-5]裝飾器實例。注意：一旦給函數加上裝飾器@property，調用函數的時候可以不加括號直接調用。4.4.2公有屬性和私有屬性方法054.5方法實例方法：在類中定義的，一般以self作為第一個參數，self代表調用這個方法的對象本身，相當于Java中this的效果，而在方法調用時，可以不用傳入self參數，Python會自動將調用這個方法的對象作為參數傳入，這也進一步說明實例方法只可以通過對象進行調用。在類定義中，可以通過self關鍵詞實現對象屬性的修改，當方法體中的屬性與類屬性同名時，會覆蓋類屬性的值。類方法：使用修飾器@classmethod修飾的方法，它的第一個參數是“cls”,表示類本身，作用如同self。類方法可以通過類名或對象名調用。靜態(tài)方法：是使用修飾器@staticmethod修飾的方法，該方法既不需要對象參數self，也不需要類參數cls，所以該方法沒有默認參數。在調用靜態(tài)方法時，可以通過類名或對象名來調用。4.5.1實例方法[例4-6]實例方法實例。【分析】：在本例中，類定義放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Cars類，Cars類中的類屬性與方法中的屬性同名（即“price”屬性），創(chuàng)建c1對象.從結果可以看出，在訪問Price_used()方法之前，使用c1對象訪問的price屬性值為100，說明訪問的是類屬性。在調用對象方法后，再使用c1對象訪問的price屬性值為80，此時訪問的是對象方法中的同名屬性。4.5.2類方法[例4-7]類方法實例?！痉治觥浚侯惗x放在CLASS.py文件中，在本例中使用到其中的Books類，類聲明中分別定義了實例方法(sell_one())和類方法(sell_two())。從前2個調用結果看，在調用實例方法(sell_one）后，類屬性的值沒發(fā)生改變，但調用類方法(sell_two)后，類的屬性值發(fā)生變化；對比后2個調用結果，可見類和對象都可調用類方法。4.5.3靜態(tài)方法[例4-8]靜態(tài)方法實例?！痉治觥浚簭倪\行結果來看，類和對象均可實現靜態(tài)方法的調用。繼承064.6類的繼承繼承是面向對象的一個重要特征，反映類與類之間的一種所屬關系，其中已經存在的定義類一般稱為“父類”，而將要在父類基礎上定義的類稱為“子類”。當子類具有與父類相同的屬性和方法時，不需要重復相同的代碼，只需直接定義新增的特征或方法。例如：在“學生”類的基礎上再定義新的子類“小學生”、“中學生”或“大學生”。這些子類完全擁有“學生”類的屬性和方法。如果父類中有私有屬性或方法時，子類不能繼承。繼承使用的語法格式為：class父類名：

方法體class子類名（父類名）：

方法體注：子類定義中的父類名表示其繼承自哪一個父類，可以是簡單的單個類名，也可以是多個類名，還可以是復雜的表達式，只要值是類對象。當有多個類名時，中間以逗號“，”隔開，也表示子類繼承自多個父類，稱為多繼承。4.6.1隱形繼承1、隱性繼承是指子類完全繼承父類的全部屬性與方法，沒有在子類方法體中定義其他的屬性或方法，從而子類具有和父類一樣的特征與功能，但如果父類中含有私有屬性或方法時，子類并不能繼承?！痉治觥浚罕敬a定義一個Animal類，類中定義了屬性foot和eating()方法，并輸出一個字符串。然后又定義一個Bird類，繼承自Animal類，方法體中沒有新增任何其他方法或屬性。最后又創(chuàng)建了一個magpie對象，并訪問其foot屬性與eating()方法。[例4-9]隱性繼承實例。結論：子類對象不能直接訪問父類的私有屬性和私有方法。子類對象可以通過訪問父類方法從而間接訪問父類的私有屬性。[例4-10]子類對象訪問父類實例。4.6.1隱形繼承4.6.2覆蓋2、覆蓋

在子類與父類的繼承關系中，會出現子類方法名與父類方法名同名的情況，但其功能卻不一樣，在調用該方法時父類方法被完全覆蓋，即對象調用了子類中的同名方法。【分析】：初始化一個子類對象，調用born()方法，結果顯示執(zhí)行的是子類定義中的方法。[例4-11]覆蓋實例。4.6.3

super繼承3、super繼承：如果子類和父類有同名方法時，子類的方法會將父類方法覆蓋。而在實際需要中，我們有時需要調用父類的同名方法，這就需要用到super關鍵字。

super函數經常使用在子類構造函數__init__()的重寫上，其使用格式如下：

super().XXX()

注意：XXX()為方法名。這種形式不帶任何參數，其一般出現在子類方法的定義里，在調用這一方法時，解釋器會先找到這一對象的直接父類，再在父類中開始找尋XXX()方法,并執(zhí)行，然后再執(zhí)行所在子類方法?！痉治觥浚簃agpie對象要求調用born()方法，這一方法是指子類中的方法，其方法體中含有super().born()，所以解釋器從magpie所屬父類(Animal)開始查找born()方法，并執(zhí)行,之后解釋器才執(zhí)行子類的born()方法中的內容。4.6.3

super繼承[例4-12]super繼承實例。4、多重繼承是指子類不僅僅可以繼承一個父類，還可以繼承多個父類。例如：青蛙，既可以在陸地生活，也可以在水中生活。【分析】：首先申明是2個父類，其類的定義中均包含相同的屬性(foot)和方法(get_foot())，以及不同名的方法。子類Frog的定義中指明了屬性和方法繼承至哪個父類。主函數中分別訪問了兩個父類的方法及同名方法。結果顯示，Frog類的對象同時繼承了兩個父類的方法。4.6.4多重繼承[例4-12]super繼承實例。運算符重載074.7運算符重載Python中允許用戶使用一些特定的方法實現運算符重載，從而使類的實例對象支持Python的各種內置操作。方法說明運算符__add__(self,num)加法self+num__sub__(self,num)減法Self-num__mul__(self,num)乘法Self*num__mod__(self,num)取余Self%num__pow__(self,num)冪運算Self**num__truediv__(self,num)除法Self/num__radd__(self,num)加法num+self__iadd__(self,num)加法self+=num__and__(self,num)位與self&num__or__(self,num)位或self|num運算符重載方法(部分)4.7運算符重載[例4-14]運算符重載實例?！痉治觥浚罕纠卸x了一個Calculator類，并重載__add__()和__sub__()方法，初始化一個對象后，對其進行加減運算。本章實踐例題本章實踐例題[例4-15]定義父類SchoolMember，定義子類Teacher和Student，實現學校人員登記。本章實踐例題[例4-16]定義類Triangle，實現能根據輸入的三邊，計算三角形的周長和面積。本章實踐例題[例4-17]定義類Clock，實現數字時鐘計時。小結本章結合實例介紹了Python中面向對象編程的基礎內容，主要包括類的屬性與方法的介紹以及相關應用實例的分析，幫助理解面向對象的編程思想。需重點掌握的內