摘要：被繼承的類(lèi)稱(chēng)為父類(lèi)基類(lèi)或超類(lèi)，新的類(lèi)稱(chēng)為子類(lèi)或派生類(lèi)。但要注意的是，繼承關(guān)系應(yīng)只發(fā)生在有較強(qiáng)相互關(guān)系的類(lèi)之間，比如從車(chē)類(lèi)派生出電動(dòng)車(chē)類(lèi)，沒(méi)有從車(chē)類(lèi)派生出哈士奇這種騷操作。

《Python編程：從入門(mén)到實(shí)踐》筆記。
本章主要介紹一種重要的編程思想：面向?qū)ο缶幊蹋祟?lèi)與對(duì)象等概念及操作。

面向?qū)ο缶幊?Object-oriented programming, OOP)是最有效的軟件編寫(xiě)方法之一。面向?qū)ο蟮乃枷胍彩侨祟?lèi)自古認(rèn)識(shí)世界的方法，即“分門(mén)別類(lèi)”。而在以往的經(jīng)驗(yàn)里，筆者印象最深刻的面向?qū)ο笏枷刖褪侵袑W(xué)生物課本上對(duì)自然界的分類(lèi)：界門(mén)綱目科屬種。這里要明白兩個(gè)概念：類(lèi)與對(duì)象。類(lèi)是一個(gè)總的抽象概念，是一群相似事物的總括，是一個(gè)虛的概念，而這些“事物”便是對(duì)象，例如：“狗”這一概念，這就是一個(gè)“類(lèi)”，哪怕是具體到某一個(gè)特定的種類(lèi)，比如哈士奇，這也是個(gè)類(lèi)，只有當(dāng)真正具體到某一條狗時(shí)，比如“你家的哈士奇A”，這才到達(dá)了“對(duì)象”這一概念，綜上：類(lèi)是抽象的，對(duì)象是實(shí)際的。而從類(lèi)到對(duì)象的過(guò)程，就叫做類(lèi)的實(shí)例化。

在Python中類(lèi)名一般采用駝峰命名法，即每個(gè)單詞的首字母大寫(xiě)，而不使用下劃線(xiàn)，實(shí)例名和模塊名都采用小寫(xiě)，用下劃線(xiàn)拼接。并且，不論是在寫(xiě)函數(shù)，類(lèi)，還是代碼文件，最好都加上一個(gè)文檔字符串，比如下面的三引號(hào)字符串。

class Car:
    """一次模擬汽車(chē)的簡(jiǎn)單嘗試"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化描述汽車(chē)的屬性"""
        self.make = make
        self.model = model
        self.year = year
        self.odometer_reading = 0  # 里程表

    def get_descriptive_name(self):
        """返回整潔的描述性信息"""
        long_name = str(self.year) + " " + self.make + " " + self.model
        return long_name.title()

    def read_odometer(self):
        """打印一條指出汽車(chē)歷程的消息"""
        print("This car has " + str(self.odometer_reading) + " miles on it.")

    def update_odometer(self, mileage):
        """將里程表讀書(shū)設(shè)置為指定的值，且禁止讀數(shù)回調(diào)"""
        if mileage <= 0:
            print("Mileage must be bigger than 0!")
        elif mileage >= self.odometer_reading:
            self.odometer_reading = mileage
        else:
            print("You can"t roll back an odometer!")

    def increment_odometer(self, miles):
        """將里程表讀數(shù)增加指定的量，且該量必須為正數(shù)"""
        if miles > 0:
            self.odometer_reading += miles
        else:
            print("Mile must be bigger than 0!")

    def fill_gas_tank(self):
        """將油箱裝滿(mǎn)"""
        print("The gas tank has been filled!")

以下有幾點(diǎn)需要注意：

①類(lèi)中的函數(shù)稱(chēng)為方法，比如上述定義的三個(gè)函數(shù)；類(lèi)中與self相綁定的變量稱(chēng)為屬性，比如make，model，year（不是指那三個(gè)形參，而是與self綁定的變量）。

②每一個(gè)類(lèi)必有一個(gè)__init()__方法，這個(gè)方法被稱(chēng)為構(gòu)造方法（在C++中被稱(chēng)為構(gòu)造函數(shù)，不過(guò)不用太糾結(jié)到底是“方法”還是“函數(shù)”，一個(gè)東西放在了不同地方有了不同的名字而已）。當(dāng)然它也有默認(rèn)的版本，即只有一個(gè)self參數(shù)，并且該函數(shù)什么也不做，這也表明，你甚至都不用定義這個(gè)方法，到時(shí)候Python會(huì)自動(dòng)生成并調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造方法，不過(guò)“不定義構(gòu)造方法”這種情況估計(jì)也就只有像筆者這樣初學(xué)的時(shí)候才能遇到 ^_^。

③Python中self參數(shù)是類(lèi)中每個(gè)非靜態(tài)方法必須要有的形參，且必須放在第一個(gè)，它是一個(gè)指向?qū)嵗旧恚ú皇穷?lèi)本身！）的一個(gè)引用，讓實(shí)例能夠訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)中的屬性和方法，我們?cè)谡{(diào)用類(lèi)的方法時(shí)不用手動(dòng)傳入該參數(shù)，它會(huì)自動(dòng)被傳入。類(lèi)中的屬性在類(lèi)中所有的方法里都能被訪(fǎng)問(wèn)，這便是通過(guò)self參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。如果站在C++的角度理解，self就相當(dāng)于C++類(lèi)里的this指針，指向?qū)ο笞陨怼?/p>

④類(lèi)中的每個(gè)屬性都必須有初始值，哪怕這個(gè)值是0，空字符串或者None。比如本例中的四個(gè)屬性，前三個(gè)屬性的值由用戶(hù)傳入，odometer_reading的值被設(shè)為了0。

⑤在上述代碼的第一行類(lèi)名Car后面可帶可不帶小括號(hào)，即class Car:這種寫(xiě)法可行，class Car():這種寫(xiě)法也可以。

以下代碼創(chuàng)建了一個(gè)Car類(lèi)的對(duì)象，并對(duì)該對(duì)象進(jìn)行了簡(jiǎn)單的操作。

# 代碼：
class Car:
    -- snip --     # 這不是一個(gè)Python語(yǔ)法！這里只是表示省略。

my_new_car = Car("audi", "a4", 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.read_odometer()

# 直接修改屬性
my_new_car.odometer_reading = -100
my_new_car.read_odometer()
my_new_car.odometer_reading += -1
my_new_car.read_odometer()

# 通過(guò)方法修改屬性
my_new_car.update_odometer(-100)
my_new_car.read_odometer()
my_new_car.increment_odometer(-1)
my_new_car.read_odometer()

my_new_car.update_odometer(100)
my_new_car.read_odometer()
my_new_car.increment_odometer(1)
my_new_car.read_odometer()

# 結(jié)果：
2016 Audi A4
This car has 0 miles on it.
This car has -100 miles on it.
This car has -101 miles on it.
Mileage must be bigger than 0!
This car has -101 miles on it.
Mile must be bigger than 0!
This car has -101 miles on it.
This car has 100 miles on it.
This car has 101 miles on it.

從上述代碼可以看出，Python和C++，Java一樣，也是使用句點(diǎn)表示法來(lái)訪(fǎng)問(wèn)屬性以及調(diào)用方法。從上述代碼及結(jié)果可以看出，實(shí)例的屬性可以直接也可以通過(guò)方法進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和修改。

直接訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象的屬性可以使操作變得簡(jiǎn)單，但這違反了封閉性原則，并且直接修改屬性也不利于規(guī)范對(duì)屬性的操作。比如代碼中將里程設(shè)置為一個(gè)負(fù)值，且在增加里程時(shí)增量也是一個(gè)負(fù)值，這顯然不符合常理（雖然有時(shí)也可以這么做）。而如果將對(duì)屬性的操作放入方法中，則可以規(guī)范這些操作，如上述的read_odometer()，update_odometer()，increment_odometer()等方法。并且這也是面向?qū)ο缶幊趟岢淖龇?，盡量不要將屬性直接對(duì)外暴露。但可惜的是，Python中任何種類(lèi)的屬性都能被直接操作。

編寫(xiě)類(lèi)時(shí)并非總是從零開(kāi)始，如果要編寫(xiě)的類(lèi)是現(xiàn)有類(lèi)的特殊版本，即有相同或相似的屬性和方法，則可以從現(xiàn)有類(lèi)繼承（派生）出新的類(lèi)。被繼承的類(lèi)稱(chēng)為“父類(lèi)”、“基類(lèi)”或“超類(lèi)(superclass)”，新的類(lèi)稱(chēng)為“子類(lèi)“或”派生類(lèi)“。

但要注意的是，繼承關(guān)系應(yīng)只發(fā)生在有較強(qiáng)相互關(guān)系的類(lèi)之間，比如從車(chē)類(lèi)派生出電動(dòng)車(chē)類(lèi)，沒(méi)有從車(chē)類(lèi)派生出哈士奇這種騷操作。

以下是從Car類(lèi)派生出ElectricCar類(lèi)的代碼：

# 代碼：
class Car:
    -- snip --
    
class ElectricCar(Car):
    """電動(dòng)汽車(chē)的獨(dú)特之處"""

    def __init__(self, make, model, year):
        """初始化父類(lèi)的屬性，再初始化電動(dòng)汽車(chē)特有的屬性"""
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery_size = 70

    def describe_battery(self):
        """打印一條描述電池容量的消息"""
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

    def fill_gas_tank(self):   # 重寫(xiě)了父類(lèi)的方法
        """電動(dòng)車(chē)沒(méi)有油箱"""
        print("This car doesn"t need a gas tank!")


my_audi = Car("audi", "a4", 2018)
print(my_audi.get_descriptive_name())
my_audi.fill_gas_tank()
print()     # 用作空行

my_tesla = ElectricCar("tesla", "model s", 2018)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.describe_battery()
my_tesla.fill_gas_tank()

# 結(jié)果：
2018 Audi A4
The gas tank has been filled!

2018 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.
This car doesn"t need a gas tank!

從以上代碼可以總結(jié)出幾點(diǎn)：

①創(chuàng)建子類(lèi)的實(shí)例時(shí)，Python首先需要對(duì)父類(lèi)進(jìn)行初始化操作，通過(guò)super()函數(shù)返回父類(lèi)的引用，然后再調(diào)用父類(lèi)的構(gòu)造方法，即super().__init__(參數(shù)列表)。在Python2中，對(duì)父類(lèi)的初始化需要以如下方式初始化父類(lèi)：

super(ElectricCar, self).__init__(make, model, year)

在Python3中也可以按上述方式來(lái)初始化父類(lèi)，但也可以在單繼承時(shí)省略super()函數(shù)中的參數(shù)。

②子類(lèi)可以訪(fǎng)問(wèn)父類(lèi)的所有屬性，還可以增加新的屬性：my_tesla對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)了父類(lèi)的make, model, year等屬性，并且還增加了battery_size屬性。

③子類(lèi)可以重寫(xiě)父類(lèi)的方法：ElectricCar類(lèi)重寫(xiě)了Car類(lèi)的fill_gas_tank()方法。

這里需要區(qū)分兩個(gè)概念：重寫(xiě)(Override)與重載(Overload)

重寫(xiě)也叫覆蓋，主要是用在繼承上。當(dāng)繼承關(guān)系上的類(lèi)中有相同的方法，但子類(lèi)和父類(lèi)在該方法中的操作不相同時(shí)，子類(lèi)對(duì)該方法進(jìn)行重新編寫(xiě)，覆蓋掉從父類(lèi)繼承下來(lái)的方法。在調(diào)用時(shí)，Python會(huì)自動(dòng)判斷該對(duì)象是否是派生類(lèi)來(lái)調(diào)用該方法相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。正是有了重寫(xiě)，面向?qū)ο笾?strong>多態(tài)(Polymorphism)這一特性才得以實(shí)現(xiàn)。

重載主要用于函數(shù)(方法)。在像C/C++，Java這樣的語(yǔ)言中，可以有多個(gè)同名的函數(shù)，但參數(shù)列表必須不相同，比如參數(shù)個(gè)數(shù)，參數(shù)類(lèi)型不相同。這些語(yǔ)言則根據(jù)參數(shù)列表來(lái)區(qū)分到底調(diào)用的是同名函數(shù)中的哪一個(gè)函數(shù)。但重載并不屬于多態(tài)性！這些語(yǔ)言在編譯源文件的時(shí)候，會(huì)根據(jù)參數(shù)列表來(lái)對(duì)同名函數(shù)生成不同的函數(shù)名(具體方法就是添加前綴或后綴)，然后將源代碼中的這些同名函數(shù)都替換成新函數(shù)名，所以重載并不屬于多態(tài)。但是Python中并沒(méi)有函數(shù)重載這種說(shuō)法！因?yàn)镻ython有關(guān)鍵字參數(shù)和可變參數(shù)這種神器（當(dāng)然C++也有變長(zhǎng)參數(shù)，它用三個(gè)點(diǎn)表示，不知道Python可變參數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)是不是就和C++的變長(zhǎng)參數(shù)有關(guān)）。

然而這都不重要！明白重寫(xiě)和重載的概念，會(huì)用就行了，至于這倆和多態(tài)究竟有沒(méi)有關(guān)系并不重要，至今網(wǎng)上對(duì)這倆與多態(tài)的關(guān)系都沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的說(shuō)法。筆者以前看C++的書(shū)的時(shí)候記得專(zhuān)門(mén)把重載的底層實(shí)現(xiàn)給提了出來(lái)（哪本書(shū)忘了），但筆者才疏學(xué)淺，暫不清楚重寫(xiě)在編譯時(shí)是個(gè)什么情況，說(shuō)不定也是靠生成新函數(shù)名并替換，如果這樣的話(huà)，那重載也可以算多態(tài)了，不過(guò)這只是筆者的猜測(cè)！感興趣的小伙伴可自行研究這倆在編譯時(shí)的情況。

之所以把這倆多帶帶提出來(lái)，主要是好多人在考研復(fù)試或者找工作面試的時(shí)候載到了這個(gè)概念上。尤其是考研，考研復(fù)試似乎更傾向于重寫(xiě)屬于多態(tài)，重載不屬于多態(tài)。

使用代碼模擬實(shí)物時(shí)，隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，勢(shì)必一個(gè)類(lèi)的屬性和方法將會(huì)越來(lái)越多，單單一個(gè)類(lèi)的代碼就會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。這時(shí)可以考慮是否能將其中一部分代碼多帶帶提取出來(lái)作為一個(gè)新的類(lèi)。比如前面的ElectricCar類(lèi)里的電池就可以多帶帶提出來(lái)作為一個(gè)類(lèi)。

# 代碼：
class Car:
    -- snip --

class Battery:
    """一次模擬電動(dòng)汽車(chē)電池的簡(jiǎn)單嘗試"""

    def __init__(self, battery_size=70):
        """初始化電池的屬性"""
        self.battery_size = battery_size

    def describe_battery(self):
        """打印一條描述電池容量的信息"""
        print("This car has a " + str(self.battery_size) + "-kWh battery.")

    def get_range(self):
        """輸出電池的續(xù)航里程"""
        if self.battery_size == 70:
            miles = 240
        elif self.battery_size == 85:
            miles = 270

        message = "This car can go approximately " + str(miles) + " miles on a full charge."
        print(message)

class ElectricCar(Car):
    def __init__(self, make, model, year):
        super().__init__(make, model, year)
        self.battery = Battery()

my_tesla = ElectricCar("tesla", "model s", 2018)
print(my_tesla.get_descriptive_name())
my_tesla.battery.describe_battery()
my_tesla.battery.get_range()

# 結(jié)果：
2018 Tesla Model S
This car has a 70-kWh battery.
This car can go approximately 240 miles on a full charge.

模擬復(fù)雜的實(shí)物時(shí)，需要解決一些有趣的問(wèn)題，比如續(xù)航里程是電池的屬性還是汽車(chē)的屬性呢？如果只描述一輛車(chē)，那將get_range()方法放入Battery()中并無(wú)不妥，但如果要描述整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)品線(xiàn)呢？比如這一款車(chē)型能跑多遠(yuǎn)，那也許將該方法放入ElectricCar類(lèi)則比較合適。但不管怎樣，這里強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)該站在一個(gè)更高的邏輯層面考慮問(wèn)題。

與上一篇寫(xiě)關(guān)于函數(shù)的文章相似，類(lèi)也可以多帶帶形成模塊。可以一個(gè)類(lèi)就是一個(gè)模塊，也可以多個(gè)類(lèi)（一般是相關(guān)聯(lián)的類(lèi)）放入一個(gè)模塊。比如將上述的Car類(lèi)多帶帶放在一個(gè)文件中，除去此類(lèi)的代碼，其他代碼均刪除，最后將該文件命名為car.py（注意這里的文件名是小寫(xiě)的）。然后再在程序中帶入該類(lèi)：

from car import Car
# 如果命名有沖突，也可以給Car類(lèi)起個(gè)別名
# from car import Car as C

my_new_car = Car("audi", "a4", 2018)
print(my_new_car.get_descriptive_name())

my_new_car.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()

也可以將多個(gè)相關(guān)聯(lián)的類(lèi)放入同一個(gè)文件中，形成一個(gè)模塊，比如上面的Car類(lèi)，ElectricCar類(lèi)和Battery類(lèi)，將該文件命名為cars.py，最后導(dǎo)入該文件：

from cars import Car, ElectricCar

my_beetle = Car("volkswagen", "beetle", 2018)
my_tesla = ElectricCar("tesla", "model s", 2018)
-- snip --     # 后面的代碼和之前的類(lèi)似，不在贅述

也可以將整個(gè)模塊導(dǎo)入，并使用句點(diǎn)表示法使用模塊中的類(lèi)：

import cars

my_car = car.Car("volkswagen", "beetle", 2018)
my_tesla = car.ElectricCar("tesla", "model s", 2018)

還可以導(dǎo)入模塊中的所有類(lèi)（不推薦此法，容易產(chǎn)生命名沖突?。?，此時(shí)便不需要使用句點(diǎn)表示法。

from cars import *

my_beetle = Car("volkswagen", "beetle", 2018)

還可以在模塊中導(dǎo)入另一個(gè)模塊，比如，將Car類(lèi)多帶帶放在一個(gè)文件中形參一個(gè)模塊，命名為car.py，再新建一個(gè)模塊electric_car.py用于存放Battery類(lèi)和ElectricCar類(lèi)，并在該模塊中帶入Car類(lèi)：

from car import Car

class Battery:
    -- snip --

class ElectricCar(Car):
    -- snip --

最后在執(zhí)行文件的源代碼中根據(jù)需要導(dǎo)入類(lèi)：

# 這是書(shū)中導(dǎo)入兩個(gè)類(lèi)的代碼
from car import Car
from electric_car import ElectricCar     

my_car = Car("audi", "a4", 2018)
my_tesla = ElectricCar("tesla", "model s", 2018)

之前讀到這的時(shí)候覺(jué)得能不能像以下這樣的方式導(dǎo)入Car類(lèi)：

from electric_car import Car, ElectricCar

my_car = Car("audi", "a4", 2018)
my_tesla = ElectricCar("tesla", "model s", 2018)

后來(lái)親測(cè)，這樣做也是可以的。那問(wèn)題就來(lái)了，像書(shū)中那樣的導(dǎo)入方式是不是發(fā)生了代碼的覆蓋呢？哪種導(dǎo)入的效率更高呢？筆者在這里還有點(diǎn)懵，后續(xù)再更新吧。

模塊導(dǎo)入的方法還有很多，甚至能直接從GitHub導(dǎo)入模塊，上述的導(dǎo)入方式只是皮毛。最后用一個(gè)從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)導(dǎo)入OrderedDict類(lèi)的示例結(jié)束本文。之前版本的Python中普通字典類(lèi)是不確保鍵值對(duì)之前的順序的，想要確保順序就得使用OrderedDict類(lèi)。但現(xiàn)在從3.6版本起，Python也確保了普通字典里鍵值對(duì)也是有序的了，但是為了兼容性考慮（有可能你的代碼還要運(yùn)行在3.6之前的版本），目前還是建議使用OrderedDict類(lèi)。

# 代碼：
from collections import OrderedDict

favorite_languages = OrderedDict()

favorite_languages["jen"] = "python"
favorite_languages["sarah"] = "c"
favorite_languages["edward"] = "ruby"
favorite_languages["phil"] = "python"

for name, language in favorite_languages.items():
    print(name.title() + ""s favorite_language is " + language.title())

# 結(jié)果：
Jen"s favorite_language is Python
Sarah"s favorite_language is C
Edward"s favorite_language is Ruby
Phil"s favorite_language is Python

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