Python3 与 C# 面向对象之~封装 – 鲲逸鹏

 

在线编程https://mybinder.org/v2/gh/lotapp/BaseCode/master
在线预览:http://github.lesschina.com/python/base/oop/1.封装.html

这次尽量用故事模式来讲知识,上次刚说美化,这次算是第一篇了。步入正题:

1.定义一个类

类的组成:类名、属性(没有字段)、方法

1.1创建一个类

In [1]:
# 类名首字母大写
class Student(object):
    """创建一个学生类"""
    # 没有属性定义,直接使用即可
    # 定义一个方法,方法里面必须有self(相当于C#的this)
    def show(self):
        print("name:%s age:%d"%(self.name,self.age))
In [2]:
# 实例化一个张三
zhangsan=Student()
# 给name,age属性赋值
zhangsan.name="张三"
zhangsan.age=22
# 调用show方法
zhangsan.show()
 
name:张三 age:22
In [3]:
# 打印一下类和类的实例
print(Student)
print(zhangsan) #张三实例的内存地址:0x7fb6e8502d30
 
<class '__main__.Student'>
<__main__.Student object at 0x7fe961195b70>
 

和静态语言不同,Python允许对实例变量绑定任何数据 ==> 对于两个实例变量,虽然它们都是同一个类的不同实例,但拥有的变量名称可能都不同

说的比较抽象,举个例子就明了了:

In [4]:
xiaoming=Student("小明",22)
xiaoming.mmd="mmd"
print(xiaoming.mmd)

# 小明和小潘都是Student类,但是小明有的mmd属性,小潘却没有
xiaopan=Student("小潘",22)
print(xiaopan.mmd)
 
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-500940527165> in <module>()
----> 1xiaoming=Student("小明",22)
      2 xiaoming.mmd="mmd"
      3 print(xiaoming.mmd)
      4 
      5 # 小明和小潘都是Student类,但是小明有的mmd属性,小潘却没有

TypeError: object() takes no parameters
 

1.2使用__init__初始化赋值

创建对象后,python解释器默认调用__init__方法,对必要字段进行初始化赋值

需要注意的是:__init__并不是C#中的构造函数,__new__ (后面会说) + __init__ 等价于构造函数

第一个参数和类的其他方法一样,都是self(相当于C#里面的this,表示创建的实例本身)调用的时候直接忽略它

In [5]:
class Student(object):
    # 初始化赋值
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    
    def show(self):
        print("name:%s age:%d"%(self.name,self.age))
In [6]:
# 有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了
lisi=Student()
 
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-6-1ba88e24910b> in <module>()
      1 # 有了__init__方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了
----> 2lisi=Student()

TypeError: __init__() missing 2 required positional arguments: 'name' and 'age'
In [7]:
# 创建一个正确的实例
xiaowang=Student("小王",22)
xiaowang.show()
 
name:小王 age:22
 

1.3使用魔法方法__str__

在print(类名)的时候自定义输出

这个有点像C#类里面重写ToString,eg:

public override string ToString()
{
    return "Name:" + this.Name + " Age:" + this.Age;
}
In [8]:
# Python的__str__()方法
class Student(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # self别忘记写了,return也别忘了
    def __str__(self):
        return "姓名:%s,年龄:%s" % (self.name, self.age)
In [9]:
lisi = Student("李四", 22)
print(lisi) #现在打印就是你DIV的输出了
 
姓名:李四,年龄:22
 

1.4 私有属性、方法

C#、Java里面都是有访问修饰符的,Python呢?

Python规定,如果以双下划线__开头的属性或者方法就是私有的

变量名类似xxx的,也就是以双下划线开头,并且以双下划线结尾的,是特殊变量。特殊变量是可以直接访问的,不是private变量

在说私有属性前,我们来个案例说说属性不私有的弊端,eg:

小明同学学了点C#,然后学习了上面的知识,心想 ~ Python这么搞安全性呢?不行,我得构造构造,于是有了下面的代码:

In [10]:
class Student(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def get_name(self):
        return self.name

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

    def get_age(self):
        return self.age

    def set_age(self, age):
        if age > 0:
            self.age = age
        else:
            print("age must > 0")

    def show(self):
        print("name:%s,age:%d" % (self.name, self.age))
 

小明心想,想要修改age属性,你通过set_age我就可以判断了哇,还是本宝宝聪明

这时候小潘过来了,淡淡的一笑,看我怎么破了你 ~ 看代码:

In [11]:
zhangsan = Student("张三", -20)
zhangsan.show()  # name:张三,age:-20
zhangsan.age = -1  # set_age方法形同虚设,我完全可以直接访问字段了
zhangsan.show()  # name:张三,age:-1
 
name:张三,age:-20
name:张三,age:-1
 

小潘傲气的说道~大叔,给你脸呢。我就是不去访问你设定的方法怎么滴呢?

小明急的啊,赶紧去找伟哥求经。不一会,傲气的贴出自己的New Code,心想着我私有属性都用上了还怕个毛毛:

In [12]:
class Student(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.__name = name
        # 一般需要用到的属性都直接放在__init__里面了
        # self.__age = age
        self.set_age(age)

    def get_name(self):
        return self.__name

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

    def get_age(self):
        return self.__age

    def set_age(self, age):
        if age > 0:
            self.__age = age
        else:
            print("age must > 0")

    def show(self):
        print("name:%s,age:%s" % (self.__name, self.__age))
 

小潘冷笑道~呵呵,然后使用了上次的绝招:

In [13]:
zhangsan = Student("张三", -20)
zhangsan.__age = -1  # 同样的代码,只是属性前面加了下划线
zhangsan.show()
 
age must > 0
 
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-13-82c41ff46846> in <module>()
      1 zhangsan = Student("张三", -20)
      2 zhangsan.__age = -1  # 同样的代码,只是属性前面加了下划线
----> 3zhangsan.show()

<ipython-input-12-1dec32486a19> in show(self)
     22 
     23     def show(self):
---> 24print("name:%s,age:%s" % (self.__name, self.__age))

AttributeError: 'Student' object has no attribute '_Student__age'
 

这次小潘同志傻眼了,完全不能访问了啊?不行,怎么能被小明大叔笑话呢?

于是上网翻资料,国内不行就国外,外文不好就翻译,终于找到一个新破解方式:

双下划线开头的实例变量不能直接访问,是因为Python解释器对外把__age变量改成了_Studentage,所以,仍然可以通过**_Studentage**来访问:

In [14]:
# 搞事情
zhangsan._Student__age = -1
zhangsan.show()
 
name:张三,age:-1
 

建议你不要这么干,不同版本的Python解释器可能会把__age改成不同的变量名

有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_age这样的实例变量,外部是可以访问的。

但是,请把它视为私有变量,不要随意访问(Python很多东西全凭自觉~捂脸@_@)

小潘终于长叹一口气,然后还不忘取笑小明同学~你这属性搞的,真麻烦,总是通过方法调用,太累了 <_> 鄙视!

这可把小明急的啊,学习的积极性都没有了,吃了碗牛肉面就去伟哥那边好好取经了~

In [15]:
# 私有方法一笔带过
class Student(object):
    """私有方法"""
    def __go_home(self):
        pass


zhangsan = Student()
zhangsan.__go_home() # 访问不到
 
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-15-45c76191b808> in <module>()
      7 
      8 zhangsan = Student()
----> 9zhangsan.__go_home() # 访问不到

AttributeError: 'Student' object has no attribute '__go_home'
 

1.5 装饰器,让方法像属性那样便利

Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的,来个例子

In [16]:
class Student(object):
    def __init__(self, name, age):
        # 一般需要用到的属性都直接放在__init__里面了
        self.name = name
        self.age = age

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

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

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

    @age.setter
    def age(self, age):
        if age > 0:
            self.__age = age
        else:
            print("age must > 0")

    def show(self):
        print("name:%s,age:%s" % (self.name, self.age))
In [17]:
xiaoming = Student("小明", 22)
xiaoming.name = "小潘"
xiaoming.age = -2
xiaoming.show()
 
age must > 0
name:小潘,age:22
 

把一个getter方法变成属性,只需要加上@property就可以了

@方法名.setter,负责把一个setter方法变成属性赋值

当然了,如果只想读 ==> 就只打上@property标签

小明同学高兴坏了,赶紧大吃了一顿~


1.6 __del__ and __new__

创建对象后,python解释器默认调用__init__() 方法

当删除一个对象时,python解释器也会默认调用__del__() 方法(有点析构函数的味道)

当有1个变量保存了对象的引用时,此对象的引用计数就会加1

当使用del删除变量指向的对象时,如果对象的引用计数不为1,那么每次删除计数减1,当计数为1的时候再调del就真把对象删了

这个可以结合我之前说过的链接来理解:于链接文件的探讨

看着老师夸夸其谈,小明愣了楞,摸摸肚子想到,真BB,我先搞个例子练练:

In [1]:
# 定义一个临时类
class Temp(object):
    def __del__(self):
        print("你被干掉了")
 

验证方面用编辑器比较合适,交互模式下可能不是真正的结果

# 对象被s1和s2引用
s1 = Temp()
s2 = s1

del s1  # 只删除s1,新创建的对象并没有被删除
print("-" * 10)

输出:(最后的被干掉是程序退出了)

# ----------
# 你被干掉了

如果用链接来解释就是这样的: ln来解释

这次两个都删掉:

t1 = Temp()
t2 = t1

del t1
del t2
print("-" * 10)

输出:

# 你被干掉了
# ----------

都删了,自然就真删掉了


这样搞比较麻烦,我们引入一下获取引用个数:getrefcount(object也会占1个引用计数)来个案例:

# 程序退出的时候,在他运行期间所有占用资源归还操作系统
# 引用计数
import sys
t1 = Temp()
print(sys.getrefcount(t1))  #(结果比实际引用大1)【object也会占1个引用计数】

t2 = t1
print(sys.getrefcount(t1))
print(sys.getrefcount(t2))

del t1
print(sys.getrefcount(t2))
# sys.getrefcount(t1)#被删掉自然没有了

del t2
print("-" * 10)

运行结果:

2
3
3
2
你被干掉了
----------

我再贴一种情况,你可以思考下为啥:

t1 = Temp()
t2 = Temp()

del t1
del t2
print("-" * 10)

输出:

# 你被干掉了
# 你被干掉了
# ----------
 

小潘扭过头瞅了一眼说道:“大叔,你__new__忘记写案例了”

小明一愣神,立马反应过来说:“我这叫谋而后动~”

当你实例化一个对象的时候,就会执行new 方法里面的方法。new方法在类定义中不是必须写的,如果没定义,默认会调用object.new去创建一个对象

__new__方法中至少要有一个参数cls,代表要实例化的类,此参数在实例化时由Python解释器自动提供

__new__方法中必须要有返回值(返回实例化出来的实例)

小明翻阅了官方文档,淡定的打下了如下标准格式的代码:

In [3]:
class Dog(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        print("初始化完毕")

    def __str__(self):
        return "Dog的名字叫:%s" % self.name

    def __new__(cls, name):
        # 注意参数,是cls,然后其他参数和init保持一致即可
        print("创建对象完毕")
        # 别忘记写返回值哦
        return object.__new__(cls)


def main():
    happy = Dog("Happy")
    print(happy)


if __name__ == '__main__':
    main()
 
创建对象完毕
初始化完毕
Dog的名字叫:Happy
 

关于__name__在模块调用的时候会详细说,你可以先这样理解:如果直接运行py文件就执行,别人调用那么你的main就不执行了

标准写法:

# 1.导入的模块
# 2.class的定义
# 3.其他方法定义

def main():
    pass

if __name__ == '__main__':
    main()

其他内容后面会继续说,封装部分再说说静态方法类方法之类的就结束了(和C#还是有很大区别的)


1.7 类属性、实例属性

小明问老师:“老师老师,怎么没有静态类,静态属性之类的东西呢?”

老师笑而不语道:“小家伙原来不仅仅是体重增加啊,这求知欲也是大大的增加呢 ~ 且听我慢慢道来”


类在程序里面也是对象(你姑且可以认为所有的类都类似于C#里面的静态类),而通过类实例化的对象,叫实例化对象

实例属性 –> 实例对象相互之间不共享 一般我们都是在__init__中定义

类属性(类似于C#里面的静态字段) –> 属于类对象,多个实例对象之间共享

注意一下:相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性(尽量别同名)

类属性除了可以通过 类名.类属性 访问外,还可以直接 实例对象.类属性 (C#中抽象类和静态类是不能被实例化的)

来个案例更直观点:

In [1]:
class Person(object):
    # age为类属性
    age = 1

    def __init__(self, name):
        # name为实例属性
        self.name = name


def main():
    # 类名.类属性
    print(Person.age)
    xiaoming = Person("小明")
    # 对象.类属性
    print(xiaoming.age)


if __name__ == '__main__':
    main()
 
1
1
 

如果需要在类外 修改类属性,必须通过类对象去引用然后进行修改

如果通过实例对象去引用会产生一个同名的实例属性,这种方式修改的是实例属性,不会影响到类属性

如果通过实例对象去引用该名称的属性,实例属性会强制 屏蔽掉类属性,即引用的是实例属性,除非del了该实例属性才能正常访问类属性

你可以理解为,Python这么做只是为了方便你获取,该怎么修改还得怎么做。来看个案例:

In [3]:
class Person(object):
    # age为类属性
    age = 1

    def __init__(self, name):
        # name为实例属性
        self.name = name


def main():
    # 类名.类属性
    print(Person.age)

    # 通过对象.类属性修改
    xiaoming = Person("小明")
    xiaoming.age = 100
    print(xiaoming.age)  # 其实,并没有修改成功,只是产生了一个同名age
    print(Person.age)  # 对吧,类属性并没有被修改

    # 通过类名修改
    Person.age = 22  # 如果需要在类外修改类属性,必须通过类对象去引用然后进行修改
    print(xiaoming.age)  # 刚才已经创建一个同名age,所以现在显示的是刚才的值
    print(Person.age)  # 通过类名.类属性 就可以看到值被修改了

    # 如果你还是不信,可以创建一个新对象看看
    xiaopan = Person("小潘")
    print(xiaopan.age)

    # xiaoming实例对象想访问怎么办?
    # 除非del了该实例属性才能正常访问类属性
    del xiaoming.age
    print(xiaoming.age)  # 这时候访问的就是 类属性 了


if __name__ == '__main__':
    main()
 
1
100
1
100
22
22
22
 

1.8 实例方法、类方法、静态方法

先说说 实例方法,实例方法第一个定义的参数只能是实例本身引用self,只能通过实例调用(就是我们之前用的 def func_name(self,xxx):

类方法:是类对象所拥有的方法,需要用修饰器@classmethod来标识,第一个参数必须是类对象cls,可以通过类或者实例直用

静态方法:定义静态方法使用装饰器@staticmethod,没有默认的必须参数,通过类和实例直接调用

静态方法中不需要额外定义参数,因此在静态方法中引用类属性的话,必须通过 类对象来引用(访问)

小明眼花缭乱的对老师说道,老师给我看几个案例吧:

In [1]:
class Dog(object):
    # 类属性
    name = "小汪"

    # 实例方法
    def __init__(self, age):
        # 实例属性
        self.age = age
        # 打印看看
        print("self id:%s" % id(self))

    # 类方法
    @classmethod
    def show_name(cls):
        # 访问类属性 cls.xxx
        print("我叫%s" % cls.name)
        # 打印看看
        print("cls id:%s" % id(cls))

    # 静态方法
    @staticmethod
    def say_hello():
        print("汪汪汪")


def main():
    # 类名方式访问
    Dog.show_name()
    Dog.say_hello()  # 类名的方式可以访问静态方法

    # 实例对象方式访问
    dog = Dog(2)
    dog.show_name()
    dog.say_hello()


if __name__ == '__main__':
    main()
 
我叫小汪
cls id:94310818174200
汪汪汪
self id:140392216464016
我叫小汪
cls id:94310818174200
汪汪汪
 

一般都是这样用的(供参考):

实例方法:一般平时用的都是它

类方法:类方法用在模拟C#多个构造函数(Python里面不能有同名函数) or 你需要 对类属性、类方法操作之类的

静态方法:一般 都是独立功能,类似于函数,只不过在面向对象里面一般这么用

 

1.9 C#封装案例

C#面向对象比较优美,来个封装的案例基本上就搞定了:

using System;

namespace _1Encapsulation
{
    public class Student
    {
        /// <summary>
        /// 字段
        /// </summary>
        private int _age;
        /// <summary>
        /// 属性
        /// </summary>
        public int Age
        {
            get
            {
                return _age;
            }

            set
            {
                if (value > 1)
                {
                    _age = value;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 自动化属性
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 自动属性必须要有get访问器
        /// </summary>
        public string SNum { get; }

        private int _gender;
        public int Gender
        {
            set
            {
                _gender = value;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 构造函数的名字必须与类名一致
        /// 构造函数没有返回值也没有viod
        /// 默认自动生成一个无参构造函数,当有一个有参构造函数的时候无参构造函数便不会自动创建
        /// </summary>
        public Student() { }

        /// <summary>
        /// 有参构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        /// <param name="age"></param>
        public Student(string name, int age)
        {
            this.Name = name;
            this.Age = age;
        }

        /// <summary>
        /// this调用当前类的某个有参构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        /// <param name="age"></param>
        /// <param name="gender"></param>
        public Student(string name, int age, int gender) : this(name, age)
        {
            this.Gender = gender;
        }

        /// <summary>
        /// 某个方法
        /// </summary>
        public void Show()
        {
            Console.WriteLine("Name:" + this.Name + " Age:" + this.Age + "n");
        }

        public override string ToString()
        {
            return "Name:" + this.Name + " Age:" + this.Age;
        }
    }
}

调用部分:

using System;

namespace _1Encapsulation
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Student s = new Student() { Name = "mmd", Age = 13, Gender = 1 };
            s.Show();

            Student s1 = new Student("dmm", 20);
            s1.Show();

            Console.WriteLine(s);
        }
    }
}



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