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CS61A学习笔记 对象、类

想象我们用Python构建一个巧克力商店,我们可能会用这些函数建立抽象数据结构来储存各种信息:

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然而,我们也可以用对象和类来编写和维护相关代码。事实证明,这种面向对象式编程会提高我们的开发效率和能力。

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基本概念

在面向对象编程中,有一些常用的名词:

  • 类(class)是一种模板,可以用类(class)来创建新的数据类型;
  • 对象(object)是某个类的实例;
  • 对象可以存储实例变量(instance variables),描述其状态和数据属性;
  • 对象可以有方法(method),作为其相关的函数。

类(class)与对象(object)

编写下面的代码来新建一个类并构建其初始化代码。

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在这段代码中,__init__函数会在生成对象时自动执行。该函数的作用正是用来初始化一个对象/类。传入__init__中的第一个参数永远都是新对象的变量名。该形参名称的指定也是任意的(也可以改成this)。我们用".“表示访问对象中的属性,将”_“加在属性之前表示其为私有属性。(仅为约定俗称)

我们把运行上面代码的结果称为类实例化(class instantiation),我们在这个过程中构造了一个类(Object construction),Product(args)就是构造函数。在运行完构造函数之后,新对象的框架将被绑定到全局而非__init__函数的局部框架。

在类中,我们可以定义实例变量,还可以定义方法。比如:

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在这里,我们把increase_inventory()称为绑定方法(bound method),它将调用方法的对象绑定作为参数传入了函数中。

事实上,我们也可以这样写:

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可以从它们的类型上看出它们的区别。

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(补充:一种格式化字符串的方法)

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对于我们没有初始化的实例变量,我们也可以在之后的类操作过程中随时新建。

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新的_needs_restoking实例变量

我们将直接存储在class内(而不是在方法中)的变量为类变量。(class variable)

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我们不能在类的实例(也就是对象)中直接操作类变量,我们应该通过类对类变量进行操作。

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在构造对象时,_sales_tax并没有在对象中被创建,所以用=来赋值时,python会在对象中新建一个变量,而不是对类变量进行修改。相对应的,当我们在实例中使用”.“来查找该_sales_tax变量时会被返回全局的类变量(向上查找)。

继承(inheritance)

有时,两个类会出现高度相似的写法。为了避免代码重复,我们可以使用“继承”方法将两部分代码耦合在一起。

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我们要定义一个基类(bass class/superclass),在这个集类上定义子类。

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我们首先编写Animal类的基础代码,然后在全局框架下将Animal类作为新定义的类的参数,就能创建出Animal的子类。

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在子类中我们也可以新建基类中不存在的实例变量。

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同样可以重写基类中的方法。

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有时,我们需要访问基类中的实例变量或者方法,我们可以使用super()函数,它会返回当前对象的基类。这种做法通常出现在我们需要使用基类的功能,又需要添加子类的额外代码的时候。

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但是使用super获取到的方法的运行环境还是在当前类中

多重继承

python3中的几乎所有东西都可以被看作对象,他们都由基类object继承而来。

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列表的基类是object

我们也可以在此基础上设计出更复杂的继承关系:

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将食草动物作为Animal的一个子类

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将具体的动物作为食草动物的子类

我们还可以更进一步,让一个子类继承自多个基类:

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继承自多个基类

这样确实可能在某些时刻会很方便,但是代价是重写和维护起来相当困难,要弄清楚继承关系会随着代码量的增大愈加棘手。

对象基类(object class)

之前我们提到,python3中的几乎所有东西都可以看作是对象,他们都继承自object类。我们可以看看object类中都有些什么方法。(使用dir()函数)

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python3拥有很多语法糖,这些糖大部分都依赖于object基类中的基本方法所做的幕后工作。比如下面的__str__方法:

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这些函数都在幕后调用了__str__方法

由于我们自己创建的类也继承了object,因此我们可以在自己的类上重写__str__方法,进而更改其他函数对待我们自定义类的方法:

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与__str__类似的,我们有__repr__方法。不同的是,该方法直接返回原始的代码。我们可以配合eval()(执行参数内的代码)函数来使用__repr__方法。

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事实上,在交互式环境中,当我们输入对象名时,屏幕上显示的就是对象名.repr()

我们也可以像对__str__一样重写__repr__:

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对于上面所说的两种object方法,我们可以用下面任意一种方法来调用它们:

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我们也可以直接使用repr()函数,该函数在幕后仍然会使用__repr__方法,但是这么做避免我们直接操作复杂的方法和逻辑。这也揭示了为什么__repr__要加双下划线——我们不应该也不需要经常来使用这些方法。

在大部分时候,我们使用”.“来获得属性。然而,用这种方法访问不存在的属性时python会抛出异常。因此我们可以使用getattr()函数来获取对象的属性,该函数包含一个默认值,若属性不存在就会创造属性并且为其赋默认值。

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我们还可以用hasattr()函数检查对象中的属性,避免python抛出异常。

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事实上,不管用何种方法,我们访问属性的幕后工作都是__getattribute__方法。

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object基类还有很多其它的特殊方法,我们可以在自己的类中重写它们,以自定义我们类的行为。

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