Python/类

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>

数据成员可分为

• 类的变量（类的属性 class attribute）：类定义内部、但在成员函数之外 赋值的变量。可以按照 className.VarName或者instanceName.VarName读写，但是用instanceName.VarName写入值的时候，实际上是自动作为实例的变量写值；实例变量会屏蔽对同名类变量的访问。
• 实例的变量（实例的属性 instance attribute)：类的成员函数内部用self.VarName=Value 这种方式赋值的变量。不能被其它实例读写
• 本地变量：类的成员函数内部用VarName=Value 这种方式赋值的变量。尽在当前函数内部有效。

方法成员可分为：

• 实例方法：一般第一个参数是self
• 类方法：通常将第一个参数命名为cls。方法调用时会自动把类本身绑定给 cls 参数。类方法需要使用＠classmethod修饰符进行修饰。类方法推荐使用类名直接调用。classmethod 主要用于操作类级别的数据或创建类的实例。它可以访问和修改类的属性，而不能直接访问实例的属性。
• 静态方法：使用＠staticmethod修饰。没有隐式的第一个参数（如 self 或 cls）。它不访问类的属性或实例的属性。静态方法更像是一个普通的函数，只是定义在类的命名空间下。不能访问类或实例的属性或方法。通过类或实例调用 staticmethod。

在类的方法之外的代码，会在类定义时直接执行。例如一行print语句，就会直接屏幕输出。

封装功能是把一些数据与方法限于类的内部使用，不对外暴露。Python通过在变量名字与方法名字前加入2个下划线实现。

类的内部实现

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

• 类的变量名与值
• 类的方法名与地址
• __module__与对应值
• __dict__
• __weakref__
• __doc__与字符串值

实例的字典用用vars(InstanceName)或InstanceName.__dict__访问，其中包含了实例变量的名字与值。

在外部访问一个不存在的实例属性，这自动增加这个实例属性。用del关键字可以删除实例属性。这叫做动态类结构（Dynamic Class Structure）

类的继承

如果子类方法遮蔽了父类的同名方法，在子类中调用父类的被遮蔽的方法的方式有2种，分别是：

• 类可以看做一个独立空间，在类的外部调用其中的实例方法，可以向调用普通函数那样，只不过需要额外备注类名（此方式又称为未绑定方法）；
• super() 函數用於調用父類实例的方法。但如果涉及多继承，该函数只能调用第一个直接父类实例的方法。

如果在子类中定义构造方法，则必须在该方法中调用父类的构造方法。

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()

类的特殊方法

魔法方法（Magic Methods），有时也叫做特殊方法（Special Methods）、双下方法（Dunder Methods），是一些以双下划线（__）开始和结束的方法。这些方法通常是由 Python 解释器在特定情况下自动调用的，用于实现对象的特定行为和操作。魔法方法的设计目的是使得你可以自定义类的行为，以便让它们能够像内建类型一样工作。例如，定义对象加法、比较、索引、迭代等操作。

• __init__ : 初始化函数，在生成对象时调用
• __del__ : 析构函数，释放对象时使用
• __repr__ : 直接输入instanceName再回车时输出一个字符串。
• __str__: print(instanceName)时输出一个字符串。
• __len__: 获得长度
• __enter__ 与 __exit__ ：专用于with语句
• __new__：Metaclass构造函数

属性运算符重载函数

函数	间接形式	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

操作符重载，各个操作数必须都是该类的实例。增强赋值操作符（如 +=）时，Python 会先尝试调用 就地运算符方法，如 __iadd__。如果没有定义该方法，Python 会退回到调用普通的双元运算符方法，例如 __add__。这些方法返回一个新的对象，并将其重新赋值给左侧的变量。 __iadd__中的字母 i 代表 "in-place"，即 "就地" 的意思。

二元运算符重载函数

函数	运算符
__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

酉运算符重载函数

函数	运算符
__pos__	+A
__neg__	-A
__inv__	~A
__abs__	abs(A)
__len__	len(A)

元素项的索引与切片运算符重载函数

函数	运算符
__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]

其它重载函数

函数	运算符
__cmp__	cmp(x, y) Python3弃用
__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__	在需要整数的场景中返回一个整数值，可用于bin()、oct()、hex()、位运算符如 <<（左移）和 >>（右移）、作为range() 函数的参数、作为list、元组、字符串等的下标
__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+)

综合示例

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"

新风格类

从python 2.2开始支持新风格类（new-style class）。Python 3已经都是新风格类了，即使是按照老风格写的代码。新风格类（new-style class）是指继承自 object 基类的类。在 Python 3 中，所有类都隐式继承自 object，即使你没有显式地写 class MyClass(object):，Python 3 会自动将其作为新风格类处理。

• 新风格类支持 __class__ 属性，这是指向类对象的引用。你可以通过 object.__class__ 来访问当前对象所属的类。
• 新风格类中，super() 函数用来调用父类的方法，它提供了一种调用父类方法的统一方式。特别是在多继承中，super() 可以确保方法解析顺序（MRO，Method Resolution Order）按正确顺序调用。
• 新风格类支持描述符协议（Descriptors），允许自定义如何访问对象的属性。描述符协议主要涉及三个方法：__get__、__set__ 和 __delete__，这些方法在属性访问、设置和删除时会被自动调用。
• 新风格类支持元类（Metaclasses）的概念，元类用于创建类，通过元类，你可以控制类的创建过程、修改类的行为等。
• 新风格类引入了方法解析顺序（MRO），它是多继承时决定方法调用顺序的一种规则。你可以通过 class.mro() 或 super().mro() 查看类的 MRO。

Classic Class:

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

New Style Class:

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

属性

属性（Property）是有getter与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'
>>>

从Python 2.6开始有@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

静态方法

>>> 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

或使用函数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"

菱形继承的方法搜索顺序

Python 2.2开始，多继承中父类的搜索顺序是广度优先MRO(Method Resolution Order)，称为C3算法。这样的新式类有__mro__属性，可以打印出父类搜索顺序。

最佳实践

建议像C++那样使用类。使用<class>.<member>语法，代替__dict__。

封装

私有（属性或方法）名字，是在名字前缀2个或更多下划线并且没有后缀2个或多个下划线。

所有的私有,都不能在类的外部使用。父类的私有属性可以被子类调用吗? 不可以。

Python 其实没有真正的隐藏机制，双下画线只是 Python 的一个小技巧，Python 会“偷偷”地改变以双下画线开头的方法名，会在这些方法名前添加单下画线和类名。因此上面的 __method1() 方法其实可以按_className__method1方式调用（通常并不推荐这么干）。

Doc Strings

鼓励使用

运行时增加方法

增加给类

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

增加给实例

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()

输出为:

cooking 5 eggs

使用一个函数

写一个函数来实现给类实例增加方法：

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

attach_method(cook, eggs, Spam)

在函数add_method中不能写instance.fxn = f因为它增加了一次函数调用fxn到这个实例