Python入门（十八）类（一）

1.面向对象概述

面向对象编程是最有效的软件编写方法之一。在面向对象编程中，你编写表示现实世界中的事物和情景的类，并基于这些类来创建对象。编写类时，你定义一大类对象都有的通用行为。基于类创建对象时，每个对象都自动具备这种通用行为，然后可根据需要赋予每个对象独特的个性。使用面向对象编程可模拟现实情景，其逼真程度达到了令人惊讶的地步。

根据类来创建对象称为实例化，这让你能够使用类的实例。在本章中，你将编写一些类并创建其实例。你将指定可在实例中存储什么信息，定义可对这些实例执行哪些操作。你还将编写一些类来扩展既有类的功能，让相似的类能够高效地共享代码。你将把自己编写的类存储在模块中，并在自己的程序文件中导入其他程序员编写的类。

理解面向对象编程有助于我们像程序员那样看世界，还可以帮助我们真正明白自己编写的代码：不仅是各行代码的作用，还有代码背后更宏大的概念。了解类背后的概念可培养逻辑思维，让我们能够通过编写程序来解决遇到的几乎任何问题。

2.创建和使用类

使用类几乎可以模拟任何东西。下面来编写一个表示小狗的简单类Dog，它表示的不是特定的小狗，而是任何小狗。对于大多数宠物狗，我们都知道些什么呢？它们都有名字和年龄。我们还知道，大多数小狗还会蹲下和打滚。由于大多数小狗都具备上述两项信息（名字和年龄）和两种行为（蹲下和打滚），我们的Dog类将包含它们。这个类让Python知道如何创建表示小狗的对象。编写这个类后，我们将使用它来创建表示特定小狗的实例。

2.1 创建dog类

根据Dog类创建的每个实例都将存储名字和年龄，我们赋予了每条小狗蹲下（sit()）和打滚（roll_over()）的能力：

  class Dog:"""一次模拟小狗的简单尝试。"""def __init__(self, name, age):"""初始化属性name和age。"""self.name = nameself.age = agedef sit(self):"""模拟小狗收到命令时蹲下。"""print(f"{self.name} is now sitting.")def roll_over(self):"""模拟小狗收到命令时打滚。"""print(f"{self.name} rolled over!")

这里需要注意的地方很多，但也不用担心，本章充斥着这样的结构，你有大把的机会熟悉它。处定义了一个名为Dog的类。根据约定，在Python中，首字母大写的名称指的是类。这个类定义中没有圆括号，因为要从空白创建这个类。编写了一个文档字符串，对这个类的功能做了描述。

方法__init__()

类中的函数称为方法。

你在前面学到的有关函数的一切都适用于方法，就目前而言，唯一重要的差别是调用方法的方式。方法__init__()是一个特殊方法，每当你根据Dog类创建新实例时，Python都会自动运行它。在这个方法的名称中，开头和末尾各有两个下划线，这是一种约定，旨在避免Python默认方法与普通方法发生名称冲突。务必确保__init__()的两边都有两个下划线，否则当你使用类来创建实例时，将不会自动调用这个方法，进而引发难以发现的错误。

我们将方法__init__()定义成包含三个形参：self、name和age。在这个方法的定义中，形参self必不可少，而且必须位于其他形参的前面。为何必须在方法定义中包含形参self呢？因为Python调用这个方法来创建Dog实例时，将自动传入实参self。每个与实例相关联的方法调用都自动传递实参self，它是一个指向实例本身的引用，让实例能够访问类中的属性和方法。创建Dog实例时，Python将调用Dog类的方法__init__()。我们将通过实参向Dog()传递名字和年龄，self会自动传递，因此不需要传递它。每当根据Dog类创建实例时，都只需给最后两个形参（name和age）提供值。

定义的两个变量都有前缀self。以self为前缀的变量可供类中的所有方法使用，可以通过类的任何实例来访问。self.name= name获取与形参name相关联的值，并将其赋给变量name，然后该变量被关联到当前创建的实例。self.age = age的作用与此类似。像这样可通过实例访问的变量称为属性。

Dog类还定义了另外两个方法：sit()和roll_over()。这些方法执行时不需要额外的信息，因此它们只有一个形参self。我们随后将创建的实例能够访问这些方法，换句话说，它们都会蹲下和打滚。当前，sit()和roll_over()所做的有限，只是打印一条消息，指出小狗正在蹲下或打滚。但可以扩展这些方法以模拟实际情况：如果这个类包含在一个计算机游戏中，这些方法将包含创建小狗蹲下和打滚动画效果的代码；如果这个类是用于控制机器狗的，这些方法将让机器狗做出蹲下和打滚的动作。

2.2 根据类创建实例

可将类视为有关如何创建实例的说明。Dog类是一系列说明，让Python知道如何创建表示特定小狗的实例。下面来创建一个表示特定小狗的实例：

  class Dog:--snip--my_dog = Dog('Willie', 6)print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")print(f"My dog is {my_dog.age} years old.")

在这里使用的是前一个示例中编写的Dog类。让Python创建一条名字为’Willie’、年龄为6的小狗。遇到这行代码时，Python使用实参’Willie’和6调用Dog类的方法__init__()。方法__init__()创建一个表示特定小狗的实例，并使用提供的值来设置属性name和age。接下来，Python返回一个表示这条小狗的实例，而我们将这个实例赋给了变量my_dog。在这里，命名约定很有用：通常可认为首字母大写的名称（如Dog）指的是类，而小写的名称（如my_dog）指的是根据类创建的实例。

访问属性

要访问实例的属性，可使用句点表示法。编写了如下代码来访问my_dog的属性name的值：

my_dog.name

句点表示法在Python中很常用，这种语法演示了Python如何获悉属性的值。在这里， Python先找到实例my_dog，再查找与该实例相关联的属性name。在Dog类中引用这个属性时，使用的是self.name。使用同样的方法来获取属性age的值。

输出是有关my_dog的摘要：

My dog's name is Willie.
My dog is 6 years old.

调用方法

根据Dog类创建实例后，就能使用句点表示法来调用Dog类中定义的任何方法了。下面来让小狗蹲下和打滚：

class Dog:--snip--my_dog = Dog('Willie', 6)
my_dog.sit()
my_dog.roll_over()

要调用方法，可指定实例的名称（这里是my_dog）和要调用的方法，并用句点分隔。遇到代码my_dog.sit()时，Python在类Dog中查找方法sit()并运行其代码。Python以同样的方式解读代码my_dog.roll_over()。

Willie按我们的命令做了：

Willie is now sitting.
Willie rolled over!

这种语法很有用。如果给属性和方法指定了合适的描述性名称，如name、age、sit()和roll_over()，即便是从未见过的代码块，我们也能够轻松地推断出它是做什么的。

2.3 创建多个实例

可按需求根据类创建任意数量的实例。下面再创建一个名为your_dog的小狗实例：

class Dog:--snip--my_dog = Dog('Willie', 6)
your_dog = Dog('Lucy', 3)print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")
print(f"My dog is {my_dog.age} years old.")
my_dog.sit()print(f"\nYour dog's name is {your_dog.name}.")
print(f"Your dog is {your_dog.age} years old.")
your_dog.sit()

在本例中创建了两条小狗，分别名为Willie和Lucy。每条小狗都是一个独立的实例，有自己的一组属性，能够执行相同的操作：

My dog's name is Willie.
My dog is 6 years old.
Willie is now sitting.Your dog's name is Lucy.
Your dog is 3 years old.
Lucy is now sitting.

即使给第二条小狗指定同样的名字和年龄，Python依然会根据Dog类创建另一个实例。你可按需求根据一个类创建任意数量的实例，条件是将每个实例都存储在不同的变量中，或者占用列表或字典的不同位置。