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Python的类与对象、构造方法、类与对象三大特性封装、继承和多态、类型注解

青葱年少 • • Python • 阅读 91

 类与对象

1.Python的对象

 使用对象组织数据

在程序中是可以做到和生活中那样，设计表格、生产表格、填写表格的组织形式的。

  1. 在程序中设计表格，我们称之为：设计类(class) class Student: name None #记录学生姓名

  2. 在程序中打印生产表格，我们称之为：创建对象 #基于类创建对象 stu_1 Student() stu_2 Student()

  3. 在程序中填写表格，我们称之为：对象属性赋值 stu_1.name="张三"#为学生1对象赋予名称属性值 stu_2.name="李四"#为学生2对象赋予名称属性值

# 设计一个类（设计一张登记表）
class Student:
    name = None # 记录学生姓名
    gender = None # 记录学生性别
    nationality = None # 记录学生国籍
    native_place = None # 记录学生籍贯
    age = None # 记录学生年龄
# 创建一个对象
stu_1 = Student()
# 对象属性进行赋值
stu_1.name = "张三"
stu_1.gender = "男"
stu_1.nationality = "中国"
stu_1.native_place = "浙江省"
stu_1.age = 20
# 获取对象中记录的数据信息
print(stu_1.name)
print(stu_1.gender)
print(stu_1.nationality)
print(stu_1.native_place)
print(stu_1.age)

输出结果为：

张三
男
中国
浙江省
20

总结：

  1. 生活中或是程序中，我们都可以使用设计表格、生产表格、填写表格的形式组织数据

  2. 进行对比，在程序中：

    设计表格，称之为：设计类(class)

    打印表格，称之为：创建对象

    填写表格，称之为：对象属性赋值

2.成员方法

类的定义和使用

在上一节中，我们简单了解到可以使用类去封装属性，并基于类创建出一个个的对象来使用。现在我们来看看类的使用语法： class 类名称:

类的属性

类的行为

  1. class是关键字，表示要定义类了

  2. 类的属性，即定义在类中的变量（成员变量）

  3. 类的行为，即定义在类中的函数（成员方法）

  4. 创建类对象的语法：对象 = 类名称()

可以使用类的具体对象去调用类内部提供的函数，需要调用self关键字

只有通过self，成员方法才能访问类的成员变量。

self关键字，尽管在参数列表中，但是传参的时候可以忽略它。

class Student:
    name = None
    def say_hi(self):
        print("Hello大家好")
​
    def say_hi2(self, msg):
        print(f"He1lo大家好，{msg}")
​
stu Student()
stu.say_hi()#调用的时候无需传参
stU.s8yh12("很高兴认识大家") #调用的时候，需要传msg参数

可以看到，在传入参数的时候，self是透明的，可以不用理会它。

可以看到，在传入参数的时候，self是透明的，可以不用理会它。

class Student:
    name = None
    def say_hi(self):
        print(f"大家好，我是{self.name}，希望大家多多关照")
    def say_hi2(self, msg):
        print(f"大家好，我是{self.name}，{msg}")
​
stu = Student()
stu.name = "张三"
stu.say_hi()
​
stu2 = Student()
stu2.name = "李四"
stu2.say_hi()
​
stu3 = Student()
stu3.name = "王五"
stu3.say_hi2("我是python大佬")

3.类与对象

我们现实中的事物可以归结为两个方面：属性和行为

基于类创建对象

实际上它的概念和C++的类与对象，是差不多的

如下设计一个闹钟类

class Clock:
    id = None # 序列化
    price = None # 价格
    def ring(self):
        import winsound
        winsound.Beep(2000, 3000)
# 构建两个闹钟对象并让其工作
clock1 = Clock()
clock1.id = "003032"
clock1.price = 19.99
print(f"闹钟ID：{clock1.id}，价格：{clock1.price}")
clock1.ring()
​
clock2 = Clock()
clock2.id = "003033"
clock2.price = 19.99
print(f"闹钟ID：{clock2.id}，价格：{clock2.price}")
clock2.ring()

4.构造方法

属性（成员变量）的赋值

class Student:
    name = None # 名称
    age = None # 年龄
    tel = None # 手机号
    
student1 = Student()
student1.name = "张三"
student1.age = 20
student1.tel = "18012340000"
​
student2 = Student()
student2.name = "李四"
student2.age = 18
student2.tel = "18112340000"

上方的代码，为对象的属性赋值需要依次进行，略显繁琐。

这时候我们就引出了构造方法

Python类可以使用：__ init __ ()方法，称之为构造法

可以实现：

  1. 在创建对象（构造类）的时候，会自动执行

  2. 在创建对象（构造类）的时候，将传入参数自动传递给__ init __方法使用

语法形式：

class Student:
    name = None
    age = None
    tel = None
    def __init__(self, name, age, tel):
        self.name = name
        self.age = age
        self.tel = tel
        print("Student类创建了一个对象")
stu = Student("张三",20,"18012340000")
print(stu.name)
print(stu.age)
print(stu.tel)

5.其它内置方法

魔术方法：

上文学习的__init__构造方法，是Python类内置的方法之一。

这些内置的类方法，各自有各自的特殊功能，这些内置方法我们称之为：魔术方法

__str__字符串方法：

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    # __str__魔术方法
    def __str__(self):
        return f"Student类对象，name:{self.name}，age:{self.age}"
        
stu = Student("张三",20)
print(stu)
print(str(stu))

__lt__小于符号比较方法

直接对2个对象进行比较是不可以的，但是在类中实现_t方法，即可闻时完成：小于符号和大于符号2种比较

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def __lt__(self, other):
        return self.age < other.age
​
stu1 = Student("张三",20)
stu2 = Student("李四",21)
print(stu1 < stu2) # 结果：True
print(stu1 > stu2) # 结果：False

__le__小于等于比较符号方法

魔术方法：le可用于：<=、>=两种比较运算符上。

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def __le__(self, other):
        return self.age < other.age
​
stu1 = Student("张三",20)
stu2 = Student("李四",21)
print(stu1 <= stu2) # 结果：True
print(stu1 >= stu2) # 结果：False

__eq__等于符号比较

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def __le__(self, other):
        return self.age < other.age
​
stu1 = Student("张三",20)
stu2 = Student("李四",21)
print(stu1 == stu2) # 结果：False
print(stu1 == stu2) # 结果：False

面向对象的三大特性

面向对象编程，是许多编程语言都支持的一种编程思想。

简单理解是：基于模板（类）去创建实体（对象），使用对象完成功能开发。

面向对象包含3大主要特性：封装、继承、多态

6.封装

现实生活中，很多事物或者行为，对用户实际上有隐藏的属性和行为。

私有成员：

类中提供了私有成员的形式来支持：私有成员变量、私有成员方法

定义私有成员的方法也异常简单：

  1. 私有成员变量：变量名以__开头（两个下划线）

  2. 私有成员方法：方法名以__开头（两个下划线）

通过上述两步操作，就可以完成对私有成员的设置。

案例：
class Phone:
    IMEI = None # 序列号
    producer = None # 厂商
    
    __current_voltage = 1 # 当前电压 私有成员
    
    def __keep_single_core(self):
        print("让CPU以单核模式运行以节省电量") # 私有成员方法
        
    def call_by_5G(self):
        if self.__current_voltage >= 1:
            print("5G通话已开启")
        else:
            self.__keep_single_core()
            print("电量不足，无法使用5G通话")
        
phone = Phone()
phone.call_by_5G()
设计带有私有成员的手机
设计一个手机类，内部包含：
私有成员变量：is_5G_enable，类型bool，True表示开启5g，False表示关闭5g
私有成员方法：_ _ check_5g(),会判断私有成员_ _ is _ 5g_enable的值
若为True，打印输出：5g开启
若为False，打印输出：5g关闭，使用4g网络
公开成员方法：call_by._ 5g()，调用它会执行
调用私有成员方法：_ _check_5g()，判断5g网络状态
打印输出：正在通话中
运行结果：5g关闭，使用4g网络，正在通话中
class Phone:
    __is_5G_enable = False
    # 提供私有成员方法：__check_5G()
    def __check_5G(self):
        if self.__is_5G_enable:
            print("5G开启")
        else:
            print("5G关闭，使用4G网络")
    # 公开成员方法：call_by_5G()
    def call_by_5G(self):
        self.__check_5G()
        print("正在通话中")
phone = Phone()
phone.call_by_5G()
7.继承
1.单继承
一个子类继承单个父类
class 类名(父类名):
    类内容体
# 演示单继承
class Phone:
    IMEI = None # 序列号
    producer = "HM" # 厂商
    def call_by_4G(self):
        print("4G通话")
        
class Phone2023(Phone):
    face_id = "10001"
    def call_by_5G(self):
        print("2023年新功能：5G通话")
        
phone = Phone2023()
print(phone.producer)
phone.call_by_4G()
phone.call_by_5G()
2.多继承
一个子类继承多个父类
class Phone:
    IMEI = None # 序列号
    producer = "HM" # 厂商
    def call_by_4G(self):
        print("4G通话")
​
class NFCReader:
    nfc_type = "第五代"
    producer = "HM"
    def read_card(self):
        print("NFC读卡")
    def write_card(self):
        print("NFC写卡")
        
class RemoteControl:
    rc_type = "红外遥控"
    def control(self):
        print("红外遥控开启")
​
class MyPhone(Phone, NFCReader, RemoteControl):
    pass
​
phone = MyPhone()
phone.call_by_4G()
phone.read_card()
phone.write_card()
phone.control()
print(phone.producer)
多继承中，如果父类有同名方法或属性。先继承的优先级高于后继承。
3.复写
子类继承父类的成员属性和成员方法后，如果对其“不满意”，那么可以进行复写。
即：在子类中重新定义同名的属性或方法即可。
class Phone:
    IMEI = None  # 序列号
    producer = "ITCAST"  # 厂商
​
    def call_by_5G(self):
        print("5G通话")
​
# 定义子类，复写父类成员
class MyPhone(Phone):
    producer = "ITHEMA"  # 复写子类的成员属性
​
    def call_by_5G(self):
        print("开启CPU单核模式，确保通话的时候省电")
        print("使用5G网络进行通话")
        print("关闭CPU单核模式，确保性能")
​
phone = MyPhone()
phone.call_by_5G()
print(phone.producer)
4.调用父类同名成员
一旦复写父类成员，那么类对象调用成员的时候，就会调用复写后的新成员
如果需要使用被复写的父类的成员，需要特殊的调用方式：
方式一：
调用父类成员
使用成员变量：父类名.成员变量
使用成员方法：父类名.成员方法(self)
方法二：
使用super()调用父类成员
使用成员变量：super().成员变量
使用成员方法：super().成员方法()
class Phone:
    IMEI = None  # 序列号
    producer = "ITCAST"  # 厂商
​
    def call_by_5G(self):
        print("5G通话")
​
# 定义子类，复写父类成员
class MyPhone(Phone):
    producer = "ITHEMA"  # 复写子类的成员属性
​
    def call_by_5G(self):
        print("开启CPU单核模式，确保通话的时候省电")
        # 方法一
        print(f"父类的厂商是：{Phone.producer}")
        Phone.call_by_5G(self)
        # 方法二
        print(f"父类的厂商是：{super().producer}")
        super().call_by_5G()
        
        print("关闭CPU单核模式，确保性能")
​
phone = MyPhone()
phone.call_by_5G()
print(phone.producer)
8.类型注解
1.变量的类型注解
为什么需要类型注解？
在pycharm中编写代码，我们经常能够见到提示，提供一些可能选择的选项。
 这是因为pycharm确定这个对象的类型
又或者当我们调用方法的时候，进行传参的时候（快捷键ctrl+p跳出提示）
 会提示我们要传入两个参数进去，这是有内置模块random的方法提示的类型。这就引出了pycharm的类型注解。
Python在3.5版本的时候引入了类型注解，以方便静态类型检查工具，IDE等第三方工具。
类型注解：在代码中涉及数据交互的地方，提供数据类型的注解（显式的说明）。
主要功能：
  1.  
    帮助第三方IDE工具（如PyCharm)对代码进行类型推断，协助做代码提示
     
  2.  
    帮助开发者自身对变量进行类型注释（备注）
     
类型注解支持：
  1.  
    变量的类型注解
     
  2.  
    函数（方法）形参列表和返回值的类型注解
     
类型注解的语法
为变量设置类型注解
基础语法：变量:类型
基础容器类型注解：
var_1: int = 10
var_2: float = 3.1415926
var_3: bool = True
var_4: str = "itheima"
容器类型详细注解：
my_list: list[int] = [1, 2, 3]
my_tuple: tuple[str, int, bool] = ("itheima", 666, True)
my_set: set[int] = {1, 2, 3}
my_dict: dict[str, int] = {"itheima": 666}
注意：
元组类型设置类型详细注解，需要将每一个元素都标记出来
字典类型设置类型详细注解，需要2个类型，第一个是key，第二个是value
示例：
import random
import json
# 基础数据类型注解
var_1: int = 10
var_2: str = "itheima"
var_3: bool = True
​
# 类对象类型注解
class Student:
    pass
stu: Student = Student()
​
# 基础容器类型注解
my_list: list = [1, 2, 3]
my_tuple: tuple = (1, 2, 3)
my_dict: dict = {"itheima": 666}
​
# 容器类型详细注解
my_list: list[int] = [1, 2, 3]
my_tuple: tuple[int, str, bool] = (1, "itheima", True)
my_dict: dict[str, int] = {"itheima": 666}
​
# 在注释中进行类型注释
var_4 = random.randint(1, 10) # type: int
var_5 = json.loads({'name': "张三"}) #type: dict
def func():
    return 10
var_6 = func() # type: int
# 类型注解的限制
为变量设置注解，显示的变量定义，一般无需注解：
var_1: int = 10
var_2: str = "itheima"
var_3: bool = True
var_4: Student = Student()
如上，就算不写注解，也明确的知晓变量的类型
一般，无法直接看出变量类型的时候，我们才会添加变量的类型注解。
class Student:
    pass
var_1: int = random.randint(1, 10)
var_2: dict = json.loads(data)
var_3: Student = func()
类型注解并不会真正的对类型做验证和判断。
也就是说，类型注解仅仅时提示性的，不是决定性的。
2.函数和方法类型注解
函数方法的类型注解——形参注解：
def func(data):
    data.app
在编写上述的函数（方法），使用形参data的时候，工具没有任何提示
在调用函数（方法），传入参数的时候，工具无法提示参数类型
这是因为我们在定义函数方法的时候没有给形参进行注解
函数（方法）的形参类型注解语法：
def 函数方法名(形参: 类型, 形参: 类型):
    pass
def add(x: int, y: int):
    return x + y
def func(data: list):
    pass
函数（方法）的类型返回值注解语法：
def 函数方法名(形参: 类型, 形参: 类型) -> 返回值类型:
    pass
def func(data: list) -> list:
    return data
3.Union联合类型注解
Union类型
from typing import Union
    
my_list: list[Union[str, int]] = [1, 2, "itheima", "itcast"]
my_dict: dict[str, Union[str, int]] = {"name":"张三", "age": 31}
        
def func(data: Union[int, str]):
    pass
9.多态
多态，指的是：多种状态，即完成某个行为时，使用不同的对象会得到不同的状态。
class Animal:
    def speak(self):
        pass
    
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("在狗叫")
        
class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("在猫叫")
        
def make_noise(animal: Animal):
    animal.speak()
    
dog = Dog()
cat = Cat()
make_nosie(dog)
make_nosie(cat)
多态常做用在继承关系上
比如函数（方法）形参声明接收父类对象，实际传入父类的子类对象进行工作
即，以父类做定义声明，以子类做实际工作，用以获得同一行为和不同状态。
我们马上发现，父类Animal的speak方法，实际上是空实现的形式，也就是
class Animal:
    def speak(self):
        pass
这一块父类的代码，是一个抽象类（也叫接口），它的设计含义是有父类来确定方法，而由子类来决定具体方法的实现。
抽象类：含有抽象方法的类称之为抽象类
抽象方法：方法体是空实现的（pass)称之为抽象方法
多用于做顶层设计（设计标准)，以便子类做具体实现。
也是对子类的一种软性约束，要求子类必须复写（实现）父类的一些方法
案例说明：
设计一个空调的多态调用：
class AC:
    def cool_wind(self):
        """冷风"""
        pass
    def hot_wind(self):
        """热风"""
        pass
    def swing_l_r(self):
        """左右摆风"""
        pass
    
class Midea_AC(AC):
    def cool_wind(self):
        print("美的空调核心制冷科技")
    def hot_wind(self):
        print("美的空调电热丝加热")
    def swing_l_r(self):
        print("美的空调无风感左右扫风")
​
class Gree_AC(AC):
    def cool_wind(self):
        print("格力空调核心制冷科技")
    def hot_wind(self):
        print("格力空调电热丝加热")
    def swing_l_r(self):
        print("格力空调无风感左右扫风")
        
def make_cool(ac: AC):
    ac.cool_wind()
    
midea_ac = Midea_AC()
gree_ac = Gree_AC()
​
make_cool(midea_ac)
make_cool(gree_ac)

    
        
            
            
        
        
    
    

                    

            
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