python | python面向对象编程

面向对象设计

对象是什么——数据与相关行为的集合。简单来说，它们是一些东西的模型，可以做同样的特定行为或被特定事物所影响

面向对象——功能性地指向建模对象，通过数据和行为来描述一系列相互作用的对象

面向对象分析、设计和编程

分析、设计和编程是面向对象的三个不同阶段
分析阶段是针对任务确定其中对象与对象之间的交互关系的过程，关注的是——需要完成什么，输出的是一系列需求
设计阶段是将需求转化为实现方案的过程，关注的是——如何完成，输出的是实现方案，即将需求转化为一系列的类和接口
编程阶段是将完美定义的设计转化为可运行程序的过程

基本原则

组合——组合是将几个对象收集在一起生成一个新对象的行为

聚合

继承

对象和类

图例

对象是数据及其相关行为的集合
类是用来描述对象的，是实现对象的蓝图
对象是一些可以相互关联的类的实例
对象实例是拥有自己的数据和行为的特定对象
数据通常代表一个特定对象的个体特征，用以描述对象
类可以定义一系列属于这一类对象所共有的特征

面向对象的分析与设计的目的——弄清对象是什么以及它们之间如何交互

公共接口

模型是对真实概念的一种抽象
抽象意味着只处理与给定任务相关的最必要的一层细节，是从内部细节中提取公共接口的过程
封装（信息隐藏）
继承
多态（鸭子类型）

Python对象

给类和方法添加解释，通过注释的方式添加，通过help()函数可以展示相应的Python字符串解释

方法与函数：对象中的叫做方法，单拎出来就是函数

理论上Python中数据存在可访问不可访问的区分，实际上Python中的所有数据都是可访问的

通常以下划线开头的属性表示为私有属性，不应该被外部访问。
特别地，当使用双下划线开头的方式进行命名时，Python对该属性起别名（加上 _<类名>的前缀），在内部两种名称都可访问该属性，但在外部只能通过别名访问该属性

模块就是Python文件

导入包和模块

绝对导入——使用完整路径导入
相对导入

如果我们想在 products 模块中导入与之相邻的database 模块的 Database 类
database 前面的点号的意思是“使用当前包内的 database 模块”
如果我们正在编辑 ecommerce.payments 包中的 paypal 模块，可能想要“使用父包中的 database 包”。可以非常方便地用两个点号来实现，

组合关系——在一个类对象中使用另一个类对象，通常被使用的类对象是容器对象

对象相似时

基本继承

在基类的基础上扩展功能

示例

现有联系人管理器，由Contact类生成联系人对象。在此基础上，有的联系人可能也是供货商，只有供货商才能提供货物，此时由Suppier类通过继承Contact类，并实现自己的方法。
这样：由Contact类产生的对象都是联系人；由Supplier类产生的对象不仅是联系人，也是供货商，拥有独属于供货商的方法

子类继承父类的所有方法和属性，同时也可重写父类的方法以及新增自己的方法和属性

super()方法可以使子类寻找并调用超类中指定的方法（即调用MRO列表中上一个类的方法，此处的MRO列表指的是初次调用super方法的类），如果超类中不存在该方法则会报错

多重继承

多重继承指的是一个子类继承多个父类，但继承父类的顺序必须符合单调性规则——子类在父类之前

多重继承最简单有效的方式被称为混入（mixin）

混入类是一个不会单独存在的超类，而是会被其他类继承以期望添加额外功能的类

Python会根据C3算法自动计算出MRO（方法执行顺序）列表

MRO列表符合单调性规则
super()方法的链式调用遵从MRO列表的顺序

多态——由于所用子类不同而产生的不同行为，而不需要明确知道用的是哪个子类（不同类的对象对于相同方法的调用可以表现出不用的行为）

简单来说，多态允许以统一的方式处理不同类型的对象，只要它们遵从同样的接口或继承自相同的抽象基类

如下，使用多媒体播放器时可直接播放支持的文件，其背后的AudioFile类中的 __init__()访问了子类中的类变量ext，但并没有存储ext变量的引用


# 多媒体播放器
class AudioFile():
    def __init__(self, filename: str):
        if not filename.endswith(self.ext):
            raise Exception('Invalid file format')
        self.filename = filename
        
class MP3File(AudioFile):
    ext = 'mp3'
    def play(self):
        print(f'playing {self.filename} as mps.')

class WavFile(AudioFile):
    ext = 'wav'
    def play(self):
        print(f'playing {self.filename} as wav.')

class OggFile(AudioFile):
    ext = 'ogg'
    def play(self):
        print(f'playing {self.filename} as ogg.')

鸭子类型

如果它走像鸭子、游泳像鸭子，那么它就是一只鸭子”。我们不关心它是否真的是一只（继承自）鸭子，只需要知道它可以游泳或走路即可

特征——鸭子类型的对象只需要提供真正被访问的方法和属性（即不需要提供所需对象的所有接口，而只需要满足实际被访问的接口）

抽象基类

抽象基类，定义一组必须被类的鸭子类型实例实现的方法和属性。本身不提供完全的方法实现，而是提供一个或多个抽象方法，这些方法没有实现内容（即没有具体的代码）

在创建子类时，必须实现抽象基类中的这些抽象方法，否则子类将成为抽象类，不能被实例化
可以继承抽象基类本身的类来作为类的实例，但是必须提供所有合适的方法

Container 类（容器类抽象基类）

任何实现它的类都需要实现 __contains__()方法，并且都可以用 in 关键字查询

实际上，in 是 __contains__() 方法的语法糖

如果需要测试一个对象是否为一个容器类型，可以直接检查它是否实现了 __contains__ 方法：


if hasattr(your_object, '__contains__'):
    print("This is a container")
else:
    print("This is not a container")

使用抽象基类：任何实现它的类都需要实现 __contains__()方法，并且都可以用 in 关键字查询

创建抽象基类

python 3.4 之前通过指定元类的方式告诉Python这是一个抽象基类
python 3.4 之后新增了简化方法 from abc import ABC ，通过继承 abc,ABC 类告诉Python这是一个抽象基类。
两种方法定义的抽象基类在功能上是相同的，只是语法上有所不同。


# 法一：指明元类
import abc

class Animal(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def speak(self):
        pass


# 法二：继承 abc.ABC 类
from abc import ABC, abstractmethod
        
class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Wof!"

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

抽象基类常常与多态一起使用，但它们描述的是不同的概念

抽象基类确定了一个通用的模板，要求派生类必须提供某些方法的实现。
多态指的是程序能够使用这些不同的派生类对象，并且在运行时根据实际对象的类型来选择合适的方法进行调用。

因此，可以说抽象基类是一种机制，用于定义多态性质的接口；而多态则是一种通过这些接口在运行时做出选择的概念。抽象基类是实现多态的一种方式，但不是唯一方式。在某些情况下，接口（在一些静态类型语言中）或鸭子类型（在像Python这样的动态类型语言中）也可以用来实现多态性。

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