Python面向對象編程

本文摘錄自廖雪峯python教程 ，作爲學習筆記之用，如有侵權，請聯繫刪除。

1 訪問限制

如果要讓類的內部屬性不被外部訪問，可以把屬性的名稱前加上兩個下劃線__，在Python中，實例的變量名如果以__開頭，就變成了一個私有變量（private），只有內部可以訪問，外部不能訪問。

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.__name = name
        self.__score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))

改完後，對於外部代碼來說，沒什麼變動，但是已經無法從外部訪問實例變量.__name和實例變量.__score了

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.__name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

這樣就確保了外部代碼不能隨意修改對象內部的狀態，這樣通過訪問限制的保護，代碼更加健壯。

但是如果外部代碼要獲取name和score怎麼辦？可以給Student類增加get_name和get_score這樣的方法。

如果又要允許外部代碼修改score，可以再給Student類增加set_score方法。

需要注意的是，在Python中，變量名類似__xxx__的，也就是以雙下劃線開頭，並且以雙下劃線結尾的，是特殊變量，特殊變量是可以直接訪問的，不是private變量，所以，不能用__name__、__score__這樣的變量名。

有些時候，你會看到以一個下劃線開頭的實例變量名，比如_name，這樣的實例變量外部是可以訪問的，但是，按照約定俗成的規定，當你看到這樣的變量時，意思就是，“雖然我可以被訪問，但是，請把我視爲私有變量，不要隨意訪問”。

雙下劃線開頭的實例變量是不是一定不能從外部訪問呢？其實也不是。不能直接訪問__name是因爲Python解釋器對外把__name變量改成了_Student__name，所以，仍然可以通過_Student__name來訪問__name變量：

>>> bart._Student__name
'Bart Simpson'

但是強烈建議你不要這麼幹，因爲不同版本的Python解釋器可能會把__name改成不同的變量名。

2 繼承和多態

在OOP程序設計中，當我們定義一個class的時候，可以從某個現有的class繼承，新的class稱爲子類（Subclass），而被繼承的class稱爲基類、父類或超類（Base class、Super class）。

通過繼承，子類獲得了父類的全部功能（方法）。由於Animial實現了run()方法，因此，Dog和Cat作爲它的子類，什麼事也沒幹，就自動擁有了run()方法。

當子類對run()方法重新重新定義後，子類和父類都存在相同的run()方法，我們說，子類的run()覆蓋了父類的run()，在代碼運行的時候，總是會調用子類的run()。這樣，我們就獲得了繼承的另一個好處：多態。

在繼承關係中，如果一個實例的數據類型是某個子類，那它的數據類型也可以被看做是父類。但是，反過來就不行。比如，Dog是Animal的子類，那麼Dog的一個實例，其類型既是Dog，也是Animal。

多態的好處就是，當我們需要傳入各個子類時，我們之選哦接收父類就可以了，因爲子類的類型都是父類的類型，然後按照父類的類型進行操作即可。由於父類有某種方法，因此，傳入任意類型，只要是父類或者子類，就會自動調用實際類型的方法，這就是多態的意思。

對於一個變量，我們只需要知道它是父類的類型，無需確切知道它的子類型，就可以放心的調用方法，而具體這個方法是作用在子類上還是父類上，由運行時該對象的確切類型決定，這就是多態的威力：調用方只管調用，不管細節，而當我們新增一種Animal的子類樹，只要確保對應方法編寫正確，不管原來的代碼是如何調用的。這就是著名的“開閉”原則：

對擴展開放：允許新增Animal子類；

對修改封閉：不需要修改依賴Animal類型的run_twice()等函數。

靜態語言 vs 動態語言
對於靜態語言（例如Java）來說，如果需要傳入Animal類型，則傳入的對象必須是Animal類型或者它的子類，否則，將無法調用run()方法。

對於Python這樣的動態語言來說，則不一定需要傳入Animal類型。我們只需要保證傳入的對象有一個run()方法就可以了：

class Timer(object):
    def run(self):
        print('Start...')

這就是動態語言的“鴨子類型”，它並不要求嚴格的繼承體系，一個對象只要“看起來像鴨子，走起路來像鴨子”，那它就可以被看做是鴨子。

Python的“file-like object“就是一種鴨子類型。對真正的文件對象，它有一個read()方法，返回其內容。但是，許多對象，只要有read()方法，都被視爲“file-like object“。許多函數接收的參數就是“file-like object“，你不一定要傳入真正的文件對象，完全可以傳入任何實現了read()方法的對象。

3 獲取對象信息

當我們拿到一個對象的引用時，如何知道這個對象是什麼類型、有哪些方法呢？

3.1 使用type()

首先，我們來判斷對象類型，使用type()函數。

但是type()函數返回的是什麼類型呢？它返回對應的Class類型。如果我們要在if語句中判斷，就需要比較兩個變量的type類型是否相同。比如：

>>> type(123)==type(456)
True
>>> type(123)==int
True
>>> type('abc')==type('123')
True
>>> type('abc')==str
True
>>> type('abc')==type(123)
False

判斷基本數據類型可以直接寫int，str等，但如果要判斷一個對象是否是函數怎麼辦？可以使用types模塊中定義的常量：

>>> import types
>>> def fn():
...     pass
...
>>> type(fn)==types.FunctionType
True
>>> type(abs)==types.BuiltinFunctionType
True
>>> type(lambda x: x)==types.LambdaType
True
>>> type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType
True

3.2 使用isinstance()

對於class的繼承關係來說，使用type()就很不方便。我們要判斷class的類型，可以使用 isinstance() 函數。如果繼承關係是：object -> Animal -> Dog -> Husky。創建3個對象：

a = Animal()
d = Dog()
h = Husky()

由於Husky是從Dog繼承下來的，所以，h是Husky類型。isinstance()判斷的是一個對象是否是該類型本身，或者位於該類型的父繼承鏈上。所以，h也是Dog類型、Animal類型。同理，d既是Dog類型，也是Animal類型，但卻不是Husky類型。

能用type()判斷的基本類型也可以用isinstance()判斷：

>>> isinstance('a', str)
True
>>> isinstance(123, int)
True
>>> isinstance(b'a', bytes)
True

並且還可以判斷一個變量是否是某些類型中的一種，比如下面的代碼就可以判斷是否是list或者tuple：

>>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
True
>>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
True

3.3 使用dir()

如果要獲得一個對象的所有屬性和方法，可以使用dir()函數，它返回一個包含字符串的list，比如，獲得一個str對象的所有屬性和方法：

>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

類似__xxx__的屬性和方法在Python中都是有特殊用途的，比如__len__方法返回長度。在Python中，如果你調用len()函數試圖獲取一個對象的長度，實際上，在len()函數內部，它自動去調用該對象的__len__()方法，所以，下面的代碼是等價的：

>>> len('ABC')
3
>>> 'ABC'.__len__()
3

僅僅把屬性和方法列出來是不夠的，配合getattr()、setattr()以及hasattr()，我們可以直接操作一個對象的狀態。

4 實例屬性和類屬性

由於Python是動態語言，根據類創建的實例可以任意綁定屬性。

給實例綁定屬性的方法是通過實例變量，或者通過self變量：

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

s = Student('Bob')
s.score = 90

上述name屬性和score屬性是實例屬性，用dir(Student)和dir(s)可以查看二者的區別。

但是，如果Student類本身需要綁定一個屬性呢？可以直接在class中定義屬性，這種屬性是類屬性，歸Student類所有：

class Student(object):
    name = 'Student'

當我們定義了一個類屬性後，這個屬性雖然歸類所有，但類的所有實例都可以訪問到。在編寫程序的時候，千萬不要對實例屬性和類屬性使用相同的名字，因爲相同名稱的實例屬性將屏蔽掉類屬性，但是當你刪除實例屬性後，再使用相同的名稱，訪問到的將是類屬性。

練習
爲了統計學生人數，可以給Student類增加一個類屬性，每創建一個實例，該屬性自動增加：

class Student(object):
    count = 0
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        Student.count += 1