Python/類

概述

 class ClassName(Base1, Base2, Base3):
    """Class documentation""" 
    def __init__(self,參數):
        語句
    def funcName(self,參數): #self 不是 python 關鍵字，把它換成其它名字也是表示類實例
        語句
        localVar = value0      
        self.DataMember = value1 # instance attribute
        self.__privateDataMember2 = value2 # instance private attribute
    dataMember1 = value    # A class attribute, not an instance one
    <statement-N>

數據成員可分為

• 類的變量（類的屬性 class attribute）：類定義內部、但在成員函數之外 賦值的變量。可以按照 className.VarName或者instanceName.VarName讀寫，但是用instanceName.VarName寫入值的時候，實際上是自動作為實例的變量寫值；實例變量會屏蔽對同名類變量的訪問。
• 實例的變量（實例的屬性 instance attribute)：類的成員函數內部用self.VarName=Value 這種方式賦值的變量。不能被其它實例讀寫
• 本地變量：類的成員函數內部用VarName=Value 這種方式賦值的變量。盡在當前函數內部有效。

方法成員可分為：

• 實例方法：一般第一個參數是self
• 類方法：通常將第一個參數命名為cls。方法調用時會自動把類本身綁定給 cls 參數。類方法需要使用＠classmethod修飾符進行修飾。類方法推薦使用類名直接調用。classmethod 主要用於操作類級別的數據或創建類的實例。它可以訪問和修改類的屬性，而不能直接訪問實例的屬性。
• 靜態方法：使用＠staticmethod修飾。沒有隱式的第一個參數（如 self 或 cls）。它不訪問類的屬性或實例的屬性。靜態方法更像是一個普通的函數，只是定義在類的命名空間下。不能訪問類或實例的屬性或方法。通過類或實例調用 staticmethod。

在類的方法之外的代碼，會在類定義時直接執行。例如一行print語句，就會直接屏幕輸出。

封裝功能是把一些數據與方法限於類的內部使用，不對外暴露。Python通過在變量名字與方法名字前加入2個下劃線實現。

類的內部實現

類的字典（Class Dictionar）用vars(ClassName)或ClassName.__dict__訪問，其中包含了：

• 類的變量名與值
• 類的方法名與地址
• __module__與對應值
• __dict__
• __weakref__
• __doc__與字符串值

實例的字典用用vars(InstanceName)或InstanceName.__dict__訪問，其中包含了實例變量的名字與值。

在外部訪問一個不存在的實例屬性，這自動增加這個實例屬性。用del關鍵字可以刪除實例屬性。這叫做動態類結構（Dynamic Class Structure）

類的繼承

如果子類方法遮蔽了父類的同名方法，在子類中調用父類的被遮蔽的方法的方式有2種，分別是：

• 類可以看做一個獨立空間，在類的外部調用其中的實例方法，可以向調用普通函數那樣，只不過需要額外備註類名（此方式又稱為未綁定方法）；
• super() 函數用於調用父類實例的方法。但如果涉及多繼承，該函數只能調用第一個直接父類實例的方法。

如果在子類中定義構造方法，則必須在該方法中調用父類的構造方法。

class People:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def say(self):
        print("我是人，名字为：",self.name)
class Animal:
    def __init__(self,food):
        self.food = food
    def display(self):
        print("我是动物,我吃",self.food)
class Person(People, Animal):
    #自定义构造方法
    def __init__(self,name,food):
        #调用 People 类的构造方法
        super().__init__(name)
        #super(Person,self).__init__(name) #执行效果和上一行相同
        #People.__init__(self,name)#使用未绑定方法调用 People 类构造方法
        #调用其它父类的构造方法，需手动给 self 传值
        Animal.__init__(self,food)    
per = Person("zhangsan","熟食")
per.say()
per.display()

類的特殊方法

魔法方法（Magic Methods），有時也叫做特殊方法（Special Methods）、雙下方法（Dunder Methods），是一些以雙下劃線（__）開始和結束的方法。這些方法通常是由 Python 解釋器在特定情況下自動調用的，用於實現對象的特定行為和操作。魔法方法的設計目的是使得你可以自定義類的行為，以便讓它們能夠像內建類型一樣工作。例如，定義對象加法、比較、索引、迭代等操作。

• __init__ : 初始化函數，在生成對象時調用
• __del__ : 析構函數，釋放對象時使用
• __repr__ : 直接輸入instanceName再回車時輸出一個字符串。
• __str__: print(instanceName)時輸出一個字符串。
• __len__: 獲得長度
• __enter__ 與 __exit__ ：專用於with語句
• __new__：Metaclass構造函數

屬性運算符重載函數

函數	間接形式	直接形式
__getattr__	getattr(A, B)	A.B
__setattr__	setattr(A, B, C)	A.B = C
__delattr__	delattr(A, B)	del A.B

操作符重載，各個操作數必須都是該類的實例。增強賦值操作符（如 +=）時，Python 會先嘗試調用 就地運算符方法，如 __iadd__。如果沒有定義該方法，Python 會退回到調用普通的雙元運算符方法，例如 __add__。這些方法返回一個新的對象，並將其重新賦值給左側的變量。 __iadd__中的字母 i 代表 "in-place"，即 "就地" 的意思。

二元運算符重載函數

函數	運算符
__add__	A + B
__sub__	A - B
__mul__	A * B
__truediv__	A / B
__floordiv__	A // B
__mod__	A % B
__pow__	A ** B
__and__	A & B
__or__	A | B
__xor__	A ^ B
__eq__	A == B
__ne__	A != B
__gt__	A > B
__lt__	A < B
__ge__	A >= B
__le__	A <= B
__lshift__	A << B
__rshift__	A >> B
__contains__	A in B A not in B

酉運算符重載函數

函數	運算符
__pos__	+A
__neg__	-A
__inv__	~A
__abs__	abs(A)
__len__	len(A)

元素項的索引與切片運算符重載函數

函數	運算符
__getitem__	C[i]
__setitem__	C[i] = v
__delitem__	del C[i]
__getslice__	C[s:e]
__setslice__	C[s:e] = v
__delslice__	del C[s:e]

其它重載函數

函數	運算符
__cmp__	cmp(x, y) Python3棄用
__hash__	hash(x)
__nonzero__	bool(x)
__call__	instanceName(params)
__iter__	iter(x)
__reversed__	reversed(x) 逆序迭代器
__divmod__	divmod(x, y)
__int__	int(x)
__long__	long(x)
__float__	float(x)
__complex__	complex(x)
__hex__	hex(x)
__oct__	oct(x)
__index__	在需要整數的場景中返回一個整數值，可用於bin()、oct()、hex()、位運算符如 <<（左移）和 >>（右移）、作為range() 函數的參數、作為list、元組、字符串等的下標
__copy__	copy.copy(x)
__deepcopy__	copy.deepcopy(x)
__sizeof__	sys.getsizeof(x) (2.6+)
__trunc__	math.trunc(x) (2.6+)
__format__	format(x, ...) (2.6+)

綜合示例

import math
class MyComplex:
  """A complex number"""       # Class documentation
  classvar = 0.0               # A class attribute, not an instance one
  def phase(self):             # A method
    return math.atan2(self.imaginary, self.real)
  def __init__(self):          # A constructor
    """A constructor"""
    self.real = 0.0            # An instance attribute
    self.imaginary = 0.0
c1 = MyComplex()
c1.real = 3.14                 # No access protection
c1.imaginary = 2.71
phase = c1.phase()             # Method call
c1.undeclared = 9.99           # Add an instance attribute
del c1.undeclared              # Delete an instance attribute

print(vars(c1))                 # Attributes as a dictionary. vars() 的用法是返回对象的 __dict__ 属性。
vars(c1)["undeclared2"] = 7.77 # Write access to an attribute
print(c1.undeclared2)           # 7.77, indeed

MyComplex.classvar = 1         # Class attribute access
print(c1.classvar == 1)         # True; class attribute access, not an instance one
print("classvar" in vars(c1))   # False
c1.classvar = -1               # An instance attribute overshadowing the class one
MyComplex.classvar = 2         # Class attribute access
print(c1.classvar == -1)        # True; instance attribute acccess
print("classvar" in vars(c1))   # True

class MyComplex2(MyComplex):   # Class derivation or inheritance
  def __init__(self, re = 0, im = 0):
    self.real = re             # A constructor with multiple arguments with defaults
    self.imaginary = im
  def phase(self):
    print "Derived phase"
    return MyComplex.phase(self) # Call to a base class; "super"
c3 = MyComplex2()
c4 = MyComplex2(1, 1)
c4.phase()                     # Call to the method in the derived class

class Record: pass             # Class as a record/struct with arbitrary attributes
record = Record()
record.name = "Joe"
record.surname = "Hoe"

新風格類

從python 2.2開始支持新風格類（new-style class）。Python 3已經都是新風格類了，即使是按照老風格寫的代碼。新風格類（new-style class）是指繼承自 object 基類的類。在 Python 3 中，所有類都隱式繼承自 object，即使你沒有顯式地寫 class MyClass(object):，Python 3 會自動將其作為新風格類處理。

• 新風格類支持 __class__ 屬性，這是指向類對象的引用。你可以通過 object.__class__ 來訪問當前對象所屬的類。
• 新風格類中，super() 函數用來調用父類的方法，它提供了一種調用父類方法的統一方式。特別是在多繼承中，super() 可以確保方法解析順序（MRO，Method Resolution Order）按正確順序調用。
• 新風格類支持描述符協議（Descriptors），允許自定義如何訪問對象的屬性。描述符協議主要涉及三個方法：__get__、__set__ 和 __delete__，這些方法在屬性訪問、設置和刪除時會被自動調用。
• 新風格類支持元類（Metaclasses）的概念，元類用於創建類，通過元類，你可以控制類的創建過程、修改類的行為等。
• 新風格類引入了方法解析順序（MRO），它是多繼承時決定方法調用順序的一種規則。你可以通過 class.mro() 或 super().mro() 查看類的 MRO。

Classic Class:

>>> class ClassicFoo:
...     def __init__(self):
...         pass

New Style Class:

>>> class NewStyleFoo(object):
...     def __init__(self):
...         pass

屬性

屬性（Property）是有getter與setter方法。

>>> class SpamWithProperties(object):
...     def __init__(self):
...         self.__egg = "MyEgg"
...     def get_egg(self):
...         return self.__egg
...     def set_egg(self, egg):
...         self.__egg = egg
...     egg = property(get_egg, set_egg)

>>> sp = SpamWithProperties()
>>> sp.egg
'MyEgg'
>>> sp.egg = "Eggs With Spam"
>>> sp.egg
'Eggs With Spam'
>>>

從Python 2.6開始有@property decorator：

>>> class SpamWithProperties(object):
...     def __init__(self):
...         self.__egg = "MyEgg"
...     @property
...     def egg(self):
...         return self.__egg
...     @egg.setter
...     def egg(self, egg):
...         self.__egg = egg

靜態方法

>>> class StaticSpam(object):
...     def StaticNoSpam():
...         print "You can't have have the spam, spam, eggs and spam without any spam... that's disgusting"
...     NoSpam = staticmethod(StaticNoSpam)

>>> StaticSpam.NoSpam()
You can't have have the spam, spam, eggs and spam without any spam... that's disgusting

或使用函數decorator @staticmethod

>>> class StaticSpam(object):
...     @staticmethod
...     def StaticNoSpam():
...         print "You can't have have the spam, spam, eggs and spam without any spam... that's disgusting"

菱形繼承的方法搜索順序

Python 2.2開始，多繼承中父類的搜索順序是廣度優先MRO(Method Resolution Order)，稱為C3算法。這樣的新式類有__mro__屬性，可以打印出父類搜索順序。

最佳實踐

建議像C++那樣使用類。使用<class>.<member>語法，代替__dict__。

封裝

私有（屬性或方法）名字，是在名字前綴2個或更多下劃線並且沒有後綴2個或多個下劃線。

所有的私有,都不能在類的外部使用。父類的私有屬性可以被子類調用嗎? 不可以。

Python 其實沒有真正的隱藏機制，雙下畫線只是 Python 的一個小技巧，Python 會「偷偷」地改變以雙下畫線開頭的方法名，會在這些方法名前添加單下畫線和類名。因此上面的 __method1() 方法其實可以按_className__method1方式調用（通常並不推薦這麼幹）。

Doc Strings

鼓勵使用

運行時增加方法

增加給類

class Spam:
  def __init__(self):
    self.myeggs = 5

def cook(self):
  print "cooking %s eggs" % self.myeggs

Spam.cook = cook   #add the function to the class Spam
eggs = Spam()      #NOW create a new instance of Spam
eggs.cook()        #and we are ready to cook!

This will output

cooking 5 eggs

增加給實例

class Spam:
  def __init__(self):
    self.myeggs = 5

eggs = Spam()

def cook(self):
  print "cooking %s eggs" % self.myeggs

import types
f = types.MethodType(cook, eggs, Spam)
eggs.cook = f

eggs.cook()

輸出為:

cooking 5 eggs

使用一個函數

寫一個函數來實現給類實例增加方法：

def attach_method(fxn, instance, myclass):
  f = types.MethodType(fxn, instance, myclass)
  setattr(instance, fxn.__name__, f)

attach_method(cook, eggs, Spam)

在函數add_method中不能寫instance.fxn = f因為它增加了一次函數調用fxn到這個實例