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Python很容易學(xué)習(xí)。 但是，它具有某些難以理解的方面，例如類和對(duì)象的世界。 在本文中，您將學(xué)習(xí)：

• 在Python中，一切都是對(duì)象
• 如何創(chuàng)建自己的類和對(duì)象
• 什么是繼承，以及如何利用它來發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)

通過使Python對(duì)象神秘化，您對(duì)語言的理解將大大增加!

對(duì)象

對(duì)象在Python中起著核心作用。 讓我們來看看如何加深對(duì)主題的理解。

引擎蓋下

您可能知道內(nèi)置的len函數(shù)。 它返回您給它的對(duì)象的長(zhǎng)度。 但是，數(shù)字五的長(zhǎng)度是多少? 讓我們問一下Python：

>>> len(5)

Traceback (most recent call last): File "", line 1, in TypeError: object of type 'int' has no len()

我喜歡錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼈冋f明了Python在內(nèi)部的工作方式。 在這種情況下，Python告訴我們5是一個(gè)對(duì)象，并且沒有l(wèi)en()。

在Python中，一切都是對(duì)象。 字符串，布爾值，數(shù)字甚至函數(shù)都是對(duì)象。

我們可以使用內(nèi)置函數(shù)dir()檢查REPL中的對(duì)象。 當(dāng)我們?cè)跀?shù)字5上嘗試dir時(shí)，它將顯示出一個(gè)包含在任何數(shù)字對(duì)象中的函數(shù)的大列表：

>>> dir(5)

['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', ...'__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'numerator', 'real', 'to_bytes']

為了清楚起見，我將列表略去了一些。

該列表以這些帶有下劃線的怪異命名函數(shù)開頭，例如__add__。 這些方法稱為魔術(shù)方法或dunder(雙下劃線的縮寫)方法。

如果仔細(xì)觀察，您會(huì)發(fā)現(xiàn)int類型的對(duì)象沒有__len__ dunder方法。 這就是Python的len()函數(shù)如何知道數(shù)字沒有長(zhǎng)度的原因。 len()所做的全部工作就是在提供它的對(duì)象上調(diào)用__len __()方法。 這也是為什么Python抱怨" int"類型的對(duì)象沒有l(wèi)en()的原因。

我在這里隨便介紹了方法一詞。 讓我更正式地定義它：

當(dāng)函數(shù)是對(duì)象的一部分時(shí)，我們稱其為方法。

因此，如果字符串確實(shí)有長(zhǎng)度，那么它必須具有__len__方法，對(duì)嗎? 找出答案吧!

>>> dir("test")

['__add__', '__class__','__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

是的，那里。 由于這是一種方法，因此我們也可以調(diào)用它：

>>> "test".__len__()

4

這等效于len(" test")，但不夠優(yōu)雅。 所以不要這樣做，只是為了說明這些東西是如何工作的。

dir()還向我們展示了其他一些不太神奇的方法。 隨意嘗試一些，例如islower：

>>> "test".islower()

True

此方法檢查整個(gè)字符串是否為小寫，因此Python返回布爾值True。 其中一些方法需要一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，例如replace：

>>> 'abcd'.replace('a', 'b')

'bbcd'

它將所有出現(xiàn)的" a"替換為" b"。

什么是對(duì)象

現(xiàn)在我們已經(jīng)使用了對(duì)象，并且知道Python中的所有內(nèi)容都是對(duì)象，是時(shí)候定義什么是對(duì)象了：

對(duì)象是數(shù)據(jù)(變量)的集合以及對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的方法

對(duì)象和面向?qū)ο蟮木幊淌窃?990年代初期流行的概念。 像C這樣的早期計(jì)算機(jī)語言沒有對(duì)象的概念。 但是，事實(shí)證明，對(duì)象是人類易于理解的范例-可用于對(duì)許多現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行建模。

如今，大多數(shù)(如果不是全部)新語言都具有對(duì)象的概念。 因此，您將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容在概念上也將適用于其他語言。

由于對(duì)象是Python語言的基礎(chǔ)，因此您也可以自己創(chuàng)建對(duì)象，這是合乎邏輯的。 為此，我們需要首先定義一個(gè)類。

類

如果要?jiǎng)?chuàng)建自己的對(duì)象類型，則首先需要定義它具有的方法和可以容納的數(shù)據(jù)。 該藍(lán)圖稱為類。

類是對(duì)象的藍(lán)圖

所有對(duì)象都基于一個(gè)類。 創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，我們將其稱為"創(chuàng)建類的實(shí)例"。 字符串，數(shù)字甚至布爾值也是類的實(shí)例。 讓我們探索一下內(nèi)置函數(shù)類型：

>>> type('a')

>>> type(1)

type(True)

顯然，有一些類叫做str，int和bool。 這些是Python的一些本機(jī)類，但我們也可以構(gòu)建自己的類!

如果沒有汽車的類比，那么沒有一部教程是完整的，因此讓我們創(chuàng)建一個(gè)代表汽車的類。 輸入的內(nèi)容很多，您必須重新開始每個(gè)錯(cuò)誤。 隨時(shí)嘗試，但是如果您想走捷徑，我了解。 只需將以下內(nèi)容復(fù)制并粘貼到您的Python REPL中：

 

class Car:  
    speed = 0  
    started = False  
 
    def start(self):  
    self.started = True  
        print("Car started, let's ride!") 
     
    def increase_speed(self, delta):  
    if self.started:  
        self.speed = self.speed + delta  
            print('Vrooooom!')  
        else:  
        print("You need to start the car first")  
 
    def stop(self):  
    self.speed = 0  
        print('Halting') 

不用擔(dān)心，我們將逐步進(jìn)行介紹，但首先創(chuàng)建并使用Car類型的對(duì)象：

>>> car = Car()

>>> car.increase_speed(10)

You need to start the car first

>>> car.start()

Car started, let's ride!

>>> car.increase_speed(40)

Vrooooom!

>>> _

對(duì)象始終是類的實(shí)例。 一類可以有許多實(shí)例。 我們只是使用Car()創(chuàng)建了Car類的實(shí)例，并將其分配給可變car。 創(chuàng)建實(shí)例就像調(diào)用函數(shù)一樣-稍后將了解原因。

接下來，我們?cè)谄噷?duì)象上調(diào)用一種方法：嘗試在尚未啟動(dòng)時(shí)提高其速度。 糟糕! 只有在啟動(dòng)汽車后，我們才能提高速度并享受它發(fā)出的噪音。

現(xiàn)在，讓我們逐步了解一下汽車課：

• 使用class語句后跟類名(Car)定義類。 我們從冒號(hào)開始縮進(jìn)代碼塊。
• 我們定義了兩個(gè)變量，速度和開始。 這是此類的所有實(shí)例將具有的數(shù)據(jù)。
• 接下來，我們定義了對(duì)變量進(jìn)行操作的三種方法。

在這些方法的定義中，我們遇到了一些奇怪的事情：它們都有一個(gè)名為self的參數(shù)作為它們的第一個(gè)參數(shù)。

什么是Self?

老實(shí)說，如果您問我，這是Python不太優(yōu)雅的語言構(gòu)造之一。

還記得我們?cè)谡{(diào)用car對(duì)象上的方法時(shí)，例如car.start()嗎? 即使start被定義為類中的start(self)，我們也不必傳遞self變量。

這是正在發(fā)生的事情：

• 當(dāng)我們?cè)趯?duì)象上調(diào)用方法時(shí)，Python會(huì)自動(dòng)填充第一個(gè)變量，我們習(xí)慣將其稱為self
• 第一個(gè)變量是對(duì)對(duì)象本身的引用，因此它的名稱
• 我們可以使用此變量來引用該對(duì)象的其他實(shí)例變量和函數(shù)，例如self.speed和self.start()。

因此，僅在類定義內(nèi)部，我們才使用self來引用屬于實(shí)例的變量。 要修改屬于我們課程一部分的開始變量，我們使用self.started而不是僅僅啟動(dòng)。

通過使用self，我們可以很清楚地了解到我們正在對(duì)該實(shí)例進(jìn)行操作的變量，而不是在對(duì)象外部定義且碰巧具有相同名稱的其他變量。

從一個(gè)類創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象

由于類只是一個(gè)藍(lán)圖，因此您可以使用它來創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象，就像可以制造多個(gè)外觀相同的汽車一樣。 它們的行為都相似，但是它們都有自己的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不會(huì)在對(duì)象之間共享：

>>> car1 = Car()

>>> car2 = Car()

>>> id(car1)

139771129539104

>>> id(car2)

139771129539160

我們?cè)谶@里創(chuàng)建了兩個(gè)car對(duì)象car1和car2，并使用內(nèi)置方法id()來獲取它們的id。 Python中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，因此我們只是證明我們從同一類創(chuàng)建了兩個(gè)不同的對(duì)象。 我們可以獨(dú)立使用它們：

>>> car1.start()

Car started, let's ride!

>>> car1.increase_speed(10)

'Vrooom!'

>>> car1.speed

10

>>> car2.speed

0

我們剛剛啟動(dòng)了car1并提高了速度，而car2仍然暫停。 檢查速度可以確認(rèn)這是狀態(tài)不同的不同汽車!

構(gòu)造函數(shù)

從類創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，看起來我們正在調(diào)用一個(gè)函數(shù)：

car = Car()

但這不只是看起來像我們?cè)谡{(diào)用函數(shù)，實(shí)際上是在調(diào)用函數(shù)! 我們不必定義的此方法稱為構(gòu)造函數(shù)。 它構(gòu)造并初始化對(duì)象。 默認(rèn)情況下，每個(gè)類都有一個(gè)名為__init__的類，即使我們自己沒有定義它。 這與繼承有關(guān)，您將很快了解。

您是否曾經(jīng)使用過str()函數(shù)將對(duì)象轉(zhuǎn)換為類? 還是int()函數(shù)將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字?

>>> 'a' + str(1)

'a1'

>>> int('2') + 2

4

您實(shí)際上在這里所做的就是通過調(diào)用str和int類的構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建類型為str和int的新對(duì)象。

我們也可以重寫__init__方法，以通過接受參數(shù)來賦予它更多的功能。 讓我們使用自定義構(gòu)造函數(shù)重新定義Car類：

 

class Car:  
    def __init__(self, started = False, speed = 0):  
    self.started = started  
        self.speed = speed  
 
    def start(self):  
    self.started = True  
        print("Car started, let's ride!")  
 
    def increase_speed(self, delta):  
    if self.started:  
        self.speed = self.speed + delta  
            print("Vrooooom!")  
        else:  
        print("You need to start the car first")  
     
    def stop(self):  
    self.speed = 0 

我們的自定義構(gòu)造函數(shù)已使用默認(rèn)值命名參數(shù)，因此我們可以通過多種方式創(chuàng)建Car類的實(shí)例：

>>> c1 = Car()

>>> c2 = Car(True)

>>> c3 = Car(True, 50)

>>> c4 = Car(started=True, speed=40)

您可能已經(jīng)注意到，我們現(xiàn)在可以創(chuàng)建未啟動(dòng)但仍要提高速度的新車。 現(xiàn)在，讓我們就這樣了。

繼承

在編程中，最好重用盡可能多的代碼。 這種做法甚至有一個(gè)很好的縮寫，叫做DRY：不要重復(fù)自己。

類可以幫助您避免重復(fù)代碼，因?yàn)槟梢跃帉懸淮晤惒⒏鶕?jù)該類創(chuàng)建許多對(duì)象。 但是，它們還以另一種方式(稱為繼承)幫助您。 類可以繼承其他類的屬性和函數(shù)，因此您不必重復(fù)自己的工作。

舉例來說，我們希望Car類繼承Vehicle類的一些基礎(chǔ)知識(shí)。 并且，在定義的同時(shí)，還定義了Motorcycle類。 從示意圖上看，它看起來像這樣：

 

 

> Inheritance — image by author

我們已經(jīng)看到繼承在起作用。 還記得我曾告訴您，即使您沒有定義一個(gè)類，每個(gè)類都有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)(init)嗎? 這是因?yàn)槊總€(gè)類都繼承自Python中最基礎(chǔ)的類，即object：

>>> dir(object)

['__class__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__']

當(dāng)我告訴您" Python中的一切都是對(duì)象"時(shí)，我的意思就是一切。 這包括類，并且您可以看到我們也可以在類上使用dir()。 它表明該對(duì)象具有__init__方法。 不錯(cuò)，不是嗎?

繼承映射到許多現(xiàn)實(shí)情況。 根據(jù)上圖，我們來看看繼承的作用。 我們將從通用的Vehicle類開始：

 

class Vehicle:  
    def __init__(self, started = False, speed = 0):  
    self.started = started  
        self.speed = speed  
 
    def start(self):  
    self.started = True  
        print("Started, let's ride!")  
 
    def stop(self):  
    self.speed = 0  
 
    def increase_speed(self, delta):  
    if self.started:  
        self.speed = self.speed + delta  
            print("Vrooooom!")  
        else:  
        print("You need to start me first") 

現(xiàn)在，我們可以使用繼承重新定義我們的Car類：

 

class Car(Vehicle):  
    trunk_open = False  
 
    def open_trunk(self):  
    trunk_open = True  
    def close_trunk(self):  
    trunk_open = False 

我們的汽車?yán)^承了Vehicle類的所有方法和變量，但添加了一個(gè)額外的變量和兩個(gè)方法來操作后備箱。

覆蓋init方法

有時(shí)您想覆蓋init函數(shù)。 為了演示，我們可以創(chuàng)建一個(gè)Motorcycle類。 大多數(shù)摩托車都有中央支架。 我們將添加將其放入或初始化的功能：

 

class Motorcycle(Vehicle):  
    def __init__(self, center_stand_out = False):  
    self.center_stand_out = center_stand_out  
        super().__init__() 

當(dāng)您重寫構(gòu)造函數(shù)時(shí)，根本不會(huì)調(diào)用父類(我們從中繼承)的構(gòu)造函數(shù)。 如果仍然需要該功能，則必須自己調(diào)用它。 這是通過super()完成的：它返回對(duì)父類的引用，因此我們可以調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。

在這種情況下，我們?cè)黾恿酥兄弥Ъ艿墓δ埽珓h除了在構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置速度和啟動(dòng)狀態(tài)的選項(xiàng)。 如果需要，您也可以添加速度和啟動(dòng)狀態(tài)選項(xiàng)，并將其傳遞給Vehicle構(gòu)造函數(shù)。

覆蓋其他方法

就像__init__一樣，我們也可以覆蓋其他方法。 例如，如果您要實(shí)施不啟動(dòng)的摩托車，則可以覆蓋啟動(dòng)方法：

 

class Motorcycle(Vehicle):  
    def __init__(self, center_stand_out = False):  
    self.center_stand_out = center_stand_out  
        super().__init__()  
 
    def start(self):  
    print("Sorry, out of fuel!") 

感謝您的閱讀。 如果您想了解有關(guān)Python的更多信息，請(qǐng)確保在https://python3.guide上查看我的詳盡指南。