Python小白必学的面向对象

Python小白必学的面向对象

我们已经知道在python" target="_blank">Python中“一切皆对象”,每个对象都有特定的类型,现在让我们来尝试创建自己的类型——这需要使用class关键字来定义新的“类”(Class),类是用来生成对象的“模板”,对象则是其所属类的“实例”——以下是在交互模式中自定义Thing类,并调用其默认构造器生成一个Thing类的实例对象(注意:自定义类的命名规范要求单词首字母大写):

In [1]: class Thing:
   ...:     """最简单的自定义类"""
   ...: 
In [2]: type(Thing)
Out[2]: type
In [3]: t = Thing()
In [4]: type(t)
Out[4]: __main__.Thing

可以看到,Thing对象属于type类型,是type类的一个实例;t对象属于Thing类型,是Thing类的一个实例——当你在程序中定义自己的类来生成实例对象,就算是“面向对象编程”(Object-Oriented Programming,简称OOP)。面向对象的编程方式使用类来模拟和组织现实世界的事物,可以令程序结构更灵活、条理更清晰。

上面定义的Thing类所生成的实例对象并不能做什么事情,让我们再来创建一个包含了具体子语句的“船”类并生成两个“船”对象:

In [5]: class Ship:
   ...:     """船类"""
   ...:     def __init__(self, name=None):
   ...:         """初始化船实例"""
   ...:         self.name = name  # 船名
   ...:         self.crew = 0  # 船员人数
   ...:     def join(self, number):
   ...:         """船员加入"""
   ...:         self.crew += number
   ...:         return self.crew
   ...:     
In [6]: s1 = Ship("郑和")
In [7]: s1.crew = 200
In [8]: s2 = Ship("戚继光")
In [9]: s2.join(100)
Out[9]: 100
In [10]: s2.crew
Out[10]: 100

Ship类定义了一个特殊的“初始化”方法__init__,这样就能在调用构造器生成实例时加入新的实例“属性”(Property),所谓实例属性就是实例对象的“成员变量”,例如Ship类的实例增加了name和crew属性——从现实概念来理解,任何船都有船名和船员人数这两个数据,但每艘船又有各自的具体数据值。实例属性和实例方法是最常见的两种类成员,Python规定特殊类成员名以两个下划线开始和结束,其他类成员名遵循标准的变量命名规范,注意这里有一个细节概念:作为类成员的__init__属于函数,作为实例成员的__init__则属于方法,在类中定义函数时约定首个参数为“self”,它会指向所生成的实例对象以便操作其成员,对应的实例方法则无此参数,所以调用Ship构造器时只需传入一个参数(也可以不传入任何参数,因为name指定了默认值)。除了实例属性,你也可以定义新的实例方法,让实例能够做更多的事情——例如“船”类还有一个“船员加入”方法。

In [11]: help(Ship)
Help on class Ship in module __main__:
class Ship(builtins.object)
 |  船类
 |  
 |  Methods defined here:
 |  
 |  __init__(self, name=None)
 |      初始化船实例
 |  
 |  join(self, number)
 |      船员加入
 |  
 |  ----------------------------------------------------------------------
 |  Data descriptors defined here:
 |  
 |  __dict__
 |      dictionary for instance variables (if defined)
 |  
 |  __weakref__
 |      list of weak references to the object (if defined)
In [12]: type(Ship.__init__)
Out[12]: function
In [13]: type(s2.__init__)
Out[13]: method
In [14]: s1.__dict__
Out[14]: {'crew': 200, 'name': '郑和'}

实例对象之所以拥有不必自定义而默认存在的特殊成员,是因为面向对象编程的一个重要特性“继承”(Inheritance)——使用继承机制能够将复杂的系统有机地组织起来,所有类都是同一个庞大家族的成员——定义类时可以在类名后加括号指定“基类”,新类将成为其“子类”;如果不指定基类,就默认为最基本的“object”类的子类。子类会继承基类的现有成员,子类定义属性和方法时如果与基类成员同名,就会“覆盖”基类成员。例如下面的程序定义了“船”类及其子类“战舰”类:

"""ship.py 船的家族"""
class Ship:
    """船类"""
    def __init__(self, name=None):
        """初始化船实例"""
        self.name = name  # 船名
        self.crew = 0  # 船员人数
    def join(self, number):
        """船员加入"""
        self.crew += number
        return self.crew
class Warship(Ship):
    """战舰类"""
    def __init__(self, name=None, level=None):
        super().__init__(name)  # 先调用基类初始化方法
        self.level = level  # 舰级
if __name__ == "__main__":
    ws1 = Warship("蓝色空间", "恒星级")
    ws1.join(500)
    print("{}战舰{}号,现有舰员{}人。".format(ws1.level, ws1.name, ws1.crew))

可以注意到Warship类重新定义了__init__,这就会覆盖Ship类中的__init__,所以先调用基类的__init__才能继承到基类定义的实例属性name和crew。

接下来的示例是一个简单的计算器:

"""tkcalc.pyw 简单的计算器
"""
import tkinter as tk
class Calc(tk.Tk):
    """计算器窗体类"""
    def __init__(self):
        """初始化实例"""
        tk.Tk.__init__(self)
        self.title("计算器")
        self.memory = 0  # 暂存数值
        self.create()
    def create(self):
        """创建界面"""
        btn_list = ["C", "M->", "->M", "/",
                    "7", "8", "9", "*",
                    "4", "5", "6", "-",
                    "1", "2", "3", "+",
                    "+/-", "0", ".", "="]
        r = 1
        c = 0
        for b in btn_list:
            self.button = tk.Button(self, text=b, width=5,
                                    command=(lambda x=b: self.click(x)))
            self.button.grid(row=r, column=c, padx=3, pady=6)
            c += 1
            if c > 3:
                c = 0
                r += 1
        self.entry = tk.Entry(self, width=24, borderwidth=2,
                              bg="yellow", font=("Consolas", 12))
        self.entry.grid(row=0, column=0, columnspan=4, padx=8, pady=6)
    def click(self, key):
        """响应按钮"""
        if key == "=":  # 输出结果
            result = eval(self.entry.get())
            self.entry.insert(tk.END, " = " + str(result))
        elif key == "C":  # 清空输入框
            self.entry.delete(0, tk.END)
        elif key == "->M":  # 存入数值
            self.memory = self.entry.get()
            if "=" in self.memory:
                ix = self.memory.find("=")
                self.memory = self.memory[ix + 2:]
            self.title("M=" + self.memory)
        elif key == "M->":  # 取出数值
            if self.memory:
                self.entry.insert(tk.END, self.memory)
        elif key == "+/-":  # 正负翻转
            if "=" in self.entry.get():
                self.entry.delete(0, tk.END)
            elif self.entry.get()[0] == "-":
                self.entry.delete(0)
            else:
                self.entry.insert(0, "-")
        else:  # 其他键
            if "=" in self.entry.get():
                self.entry.delete(0, tk.END)
            self.entry.insert(tk.END, key)
if __name__ == "__main__":
    Calc().mainloop()
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