【Python进阶】类的系统知识总结 | 特殊变量方法单双下划线、继承、多态、装饰器

之前在C++中学过一些类与对象的知识，Python也同样是面向对象的，因而也有类与对象

浅浅总结一下

总结Python中关于类的知识

文章目录

1 类的基本定义和访问
2 特殊变量（属性/方法）
- 2.1 双下划线开头结尾——特殊方法
- - 2.1.1 初始化方法\__init__
  - 2.1.2 字符输出方法\__str__
  - 2.1.3 调用方法\__call__
  - 2.1.4 删除释放方法\__init__
- 2.2 双下滑线开头——私有属性和方法
- 2.3 类变量和实例变量
3 继承
4 多态
- 4.1 鸭子类型 (Duck Typing)
- 3.2 继承和方法重写
5 装饰器python

1 类的基本定义和访问

类的定义：

使用 class 关键字定义类。
类名通常采用首字母大写的驼峰命名法。

class MyClass:
    pass

类内有属性和方法（方法即函数）

类可以拥有属性，这些属性是类的一部分，可以是数据。
类可以定义方法，这些方法在类的对象上进行操作。
方法通常通过 self 参数访问对象的属性。

2 特殊变量（属性/方法）

2.1 双下划线开头结尾——特殊方法

2.1.1 初始化方法_init_

__init__ 方法是类的构造器，用于创建对象时初始化对象。
它的第一个参数总是 self，代表当前实例。

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

2.1.2 字符输出方法_str_

定义了当使用 print() 函数或 str() 函数将实例转换为字符串时，返回的字符串表示形式。
目的是提供人类可读的字符串输出。

例子:

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def __str__(self):
        return f"Person(name={self.name}, age={self.age})"

p = Person("Alice", 30)
print(p)  # 输出: Person(name=Alice, age=30)

2.1.3 调用方法_call_

定义了当实例像函数一样被调用时 (例如 instance()) 所执行的操作。
可以用来实现函数对象、装饰器等功能。

例子:

class Counter:
    def __init__(self):
        self.count = 0

    def __call__(self):
        self.count += 1
        return self.count

counter = Counter()
print(counter())  # 输出: 1
print(counter())  # 输出: 2

2.1.4 删除释放方法_init_

定义了当实例被垃圾回收时执行的操作，通常用于释放资源。
由于垃圾回收机制的复杂性，不建议过度依赖 del 方法。

例子:

class FileManager:
    def __init__(self, filename):
        self.file = open(filename, 'w')

    def __del__(self):
        self.file.close()
        print("File closed")

fm = FileManager("temp.txt")
del fm  # 输出: File closed

2.2 双下滑线开头——私有属性和方法

使用双下划线 __ 前缀定义私有属性或方法，如 self.__private_var。

2.3 类变量和实例变量

Python类变量和实例变量的区别

在Python中，类变量和实例变量是两种不同的变量类型，它们在定义位置、访问方式和生命周期方面存在差异：

1. 定义位置：

类变量： 在类内部，但在任何方法之外定义。它们由所有该类的实例共享。
实例变量： 在类的方法内部，使用 self 关键字定义。每个实例都有自己的一组实例变量。

2. 访问方式：

类变量： 可以通过类名或实例名访问。
实例变量： 只能通过实例名访问。

3. 生命周期：

类变量： 在类定义时创建，并在程序结束时销毁。
实例变量： 在实例创建时创建，并在实例销毁时销毁。

class Dog:
    # 类变量
    species = "Canis familiaris"

    def __init__(self, name, age):
        # 实例变量
        self.name = name
        self.age = age

# 访问类变量
print(Dog.species)  # 输出: Canis familiaris

# 创建实例
buddy = Dog("Buddy", 3)
sparky = Dog("Sparky", 5)

# 访问实例变量
print(buddy.name)  # 输出: Buddy
print(sparky.age)  # 输出: 5

# 修改实例变量不会影响其他实例
buddy.age = 4
print(sparky.age)  # 输出: 5 (sparky的age不受影响)

# 修改类变量会影响所有实例
Dog.species = "Canis lupus familiaris"
print(buddy.species)  # 输出: Canis lupus familiaris
print(sparky.species)  # 输出: Canis lupus familiaris

3 继承

类可以继承其他类的属性和方法，使用 class ChildClass(ParentClass)。

class Animal:
    pass

class Dog(Animal):
    pass

4 多态

多态是面向对象编程的重要概念之一，它指的是同一个操作作用于不同的对象时，可以产生不同的行为。

Python中的多态主要体现在以下两个方面：

4.1 鸭子类型 (Duck Typing)

Python崇尚“鸭子类型”，即不在乎对象的类型，只在乎对象的行为。
如果一个对象“走路像鸭子，叫声像鸭子”，那么它就可以被视为鸭子。
这意味着，只要对象实现了所需的方法，就可以将其用于任何期望该方法的地方，而无需考虑对象的具体类型。

例子：

class Dog:
    def make_sound(self):
        print("Woof!")

class Cat:
    def make_sound(self):
        print("Meow!")

def animal_sound(animal):
    animal.make_sound()

animals = [Dog(), Cat()]
for animal in animals:
    animal_sound(animal)  # 无论是Dog还是Cat，都能调用make_sound方法

3.2 继承和方法重写

通过继承，子类可以继承父类的方法，并可以根据需要重写这些方法，实现不同的行为。
这种方式也体现了多态，因为同一个方法调用，根据对象类型的不同，执行的是不同的代码。

例子：

class Animal:
    def speak(self):
        print("Animal sound")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("Woof!")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("Meow!")

animals = [Animal(), Dog(), Cat()]
for animal in animals:
    animal.speak()  # 不同的动物发出不同的声音

多态的优点:

提高代码灵活性: 无需关注对象的具体类型，可以编写更通用的代码。
增强代码可扩展性: 更容易添加新的子类，而无需修改现有代码。
简化代码维护: 代码更加简洁，易于理解和维护。

5 装饰器python

装饰器本身是很大一块的知识

这些装饰器用于定义类中的特殊方法，它们在参数和行为方面有所不同

1. @staticmethod

定义静态方法。
静态方法不接收 self 或 cls 参数，它们与类本身无关，更像是普通的函数，只是碰巧在类中定义。
主要用于组织代码，将与类相关的函数归类到一起。

例子:

class MathUtils:
    @staticmethod
    def add(x, y):
        return x + y

result = MathUtils.add(2, 3)  # 无需创建实例，直接通过类名调用
print(result)  # 输出: 5

2. @classmethod

定义类方法。
类方法接收 cls 参数，它代表类本身，而不是类的实例。
可以访问类变量和类方法，但不能访问实例变量。
常用于创建工厂方法，根据不同的参数创建不同的类实例。

例子:

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    @classmethod
    def from_birth_year(cls, name, birth_year):
        age = 2023 - birth_year  # 假设当前年份为2023
        return cls(name, age)

person1 = Person("Alice", 30)
person2 = Person.from_birth_year("Bob", 1990)
print(person2.age)  # 输出: 33

3. @property

定义属性。
将方法转换为属性，使得访问属性就像访问普通变量一样，但实际上是在调用方法。
可以用于添加属性的 getter、setter 和 deleter 方法，实现对属性访问的控制和验证。

例子:

class Celsius:
    def __init__(self, temperature):
        self._temperature = temperature

    @property
    def temperature(self):
        return self._temperature

    @temperature.setter
    def temperature(self, value):
        if value < -273.15:
            raise ValueError("Temperature below -273.15 is not possible")
        self._temperature = value

c = Celsius(0)
print(c.temperature)  # 输出: 0
c.temperature = 37  # 自动调用setter方法
print(c.temperature)  # 输出: 37