Python中神奇面向对象

见贤思齐

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档文章目录前言1、类（Class）与对象（Object）概念：代码示例：2.继承（Inheritance）概念：代码示例：多继承代码示例3.方法重写（MethodOverriding）概念代码展示4.多态（Polymorphism）概念代码展示5.单例类概念代码展示6.抽象类概念代码展示7.动态定义实例的变量和方法使用setattr代码展示8.动态定义类的变量和方法1.使用setattr代码展示2.直接操作__dict__代码展示说明9.定义静态方法说明staticmethod代码展示10.静态方法与类方法和实例方法的比较总结前言在Python中，面向对象编程（OOP）是一种非常强大的编程范式，它允许开发者以更自然的方式模拟现实世界中的复杂系统。下面，我将详细分析面向对象编程的几个核心概念，并提供相应的代码示例，最后探讨一些扩展知识点。1、类（Class）与对象（Object）示例：pandas是基于NumPy的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。概念：类：是一个模板，用于创建具有相同属性和方法的对象的蓝图。对象：是类的实例，具有类定义的属性和方法。代码示例：classDog:def__init__(self,name,age):self.name=nameself.age=agedefbark(self):print(f"{self.name}saysWoof!")#创建Dog类的实例（对象）dog1=Dog("Buddy",3)dog1.bark()#输出:BuddysaysWoof!12345678910112.继承（Inheritance）概念：继承允许我们定义一个类（子类）来继承另一个类（父类）的属性和方法。子类可以添加新的属性或重写继承的方法。代码示例：classAnimal:def__init__(self,name):self.name=namedefspeak(self):raiseNotImplementedError("Subclassmustimplementabstractmethod")classDog(Animal):defspeak(self):returnf"{self.name}saysWoof!"dog2=Dog("Rex")print(dog2.speak())#输出:RexsaysWoof!12345678910111213多继承多继承允许一个类继承自多个基类。这意味着子类可以继承来自多个父类的属性和方法。然而，多继承也带来了所谓的“菱形问题”（或称为“钻石问题”），即当多个父类继承自同一个更上层的基类时，这个基类的属性和方法可能会在子类中被重复继承。Python通过方法解析顺序（MethodResolutionOrder,MRO）来解决这个问题，它确保了每个基类的方法只被调用一次。代码示例classA:def__init__(self):self.value="A"classB(A):def__init__(self):super().__init__()self.value+="B"classC(A):def__init__(self):super().__init__()self.value+="C"classD(B,C):def__init__(self): """这里会先调用B的__init__，然后是C的__init__（但C的__init__ 中super()调用实际上不会执行，因为A已被B初始化）"""super().__init__()self.value+="D"d=D()print(d.value)#输出:ABCD12345678910111213141516171819202122233.方法重写（MethodOverriding）概念方法重写（MethodOverriding）是一种非常关键的概念，它允许子类提供一个特定签名的方法实现，该方法在父类中已经存在。当通过子类的实例调用该方法时，将执行子类提供的实现，而不是父类中的原始实现。这提供了一种扩展或修改父类行为的方式，同时保持父类代码的可重用性。代码展示classAnimal:defspeak(self):print("Thisanimalmakesagenericsound.")classDog(Animal):defspeak(self):#重写speak方法print("Woof!")#创建一个Dog对象并调用其speak方法dog=Dog()dog.speak()#输出:Woof!#如果我们创建一个Animal对象并调用其speak方法animal=Animal()animal.speak()#输出:Thisanimalmakesagenericsound.123456789101112131415164.多态（Polymorphism）概念多态指的是不同类的对象对同一消息作出响应时，各对象将执行各自的方法。在Python中，由于动态类型系统和鸭子类型（ducktyping），多态是隐式的。代码展示classAnimal:defmake_sound(self):passclassDog(Animal):defmake_sound(self):return"Woof!"classCat(Animal):defmake_sound(self):return"Meow!"defanimal_sound(animal):print(animal.make_sound())dog=Dog()cat=Cat()animal_sound(dog)#输出:Woof!animal_sound(cat)#输出:Meow!123456789101112131415161718195.单例类概念单例模式是一种常用的软件设计模式，其目的是确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。在Python中，可以通过多种方式实现单例模式，但最常见的是使用装饰器或模块级别的变量。代码展示defsingleton(cls):instances={}defget_instance(*args,**kwargs):ifclsnotininstances:instances[cls]=cls(*args,**kwargs)returninstances[cls]returnget_instance@singletonclassMyClass:passobj1=MyClass()obj2=MyClass()print(obj1==obj2)#输出:True123456789101112131415166.抽象类概念抽象类是一种不能被实例化的类，它通常用作基类，为子类定义接口。在Python中，abc模块提供了ABC（AbstractBaseClass）和一系列装饰器（如@abstractmethod），用于定义抽象类和抽象方法。代码展示fromabcimportABC,abstractmethodclassMyAbstractClass(ABC)abstractmethoddefmy_abstract_method(self):passclassMyConcreteClass(MyAbstractClass):defmy_abstract_method(self):print("实现了抽象方法")#MyAbstractClass()#这会抛出TypeError，因为MyAbstractClass是抽象的obj=MyConcreteClass()obj.my_abstract_method()#输出:实现了抽象方法1234567891011121314157.动态定义实例的变量和方法使用setattrsetattr函数用于动态地给对象设置属性（包括方法和变量）。代码展示classMyClass:passobj=MyClass()#动态定义实例变量setattr(obj,'my_var','Hello,World!')print(obj.my_var)#输出:Hello,World!#动态定义实例方法defmy_method(self):print('Thisisadynamicallydefinedmethod.')setattr(MyClass,'my_method',my_method)#注意：这里应该修改类，以便所有实例都能访问obj.my_method()#调用动态定义的方法#或者只为单个实例动态添加方法defanother_method(self):print('Thismethodisonlyforthisinstance.')setattr(obj,'another_method',types.MethodType(another_method,obj))obj.another_method()#调用123456789101112131415161718192021228.动态定义类的变量和方法1.使用setattr和实例一样，你也可以使用setattr来动态地给类添加变量和方法代码展示classMyClass:pass#动态定义类变量setattr(MyClass,'class_var','ClassVariable')print(MyClass.class_var)#输出:ClassVariable#动态定义类方法defclass_method(cls):print('Thisisaclassmethod.')setattr(MyClass,'class_method',classmethod(class_method))MyClass.class_method()#调用#或者直接使用赋值MyClass.another_class_var='AnotherClassVariable'defanother_class_method(cls):print('Anotherclassmethod.')MyClass.another_class_method=classmethod(another_class_method)MyClass.another_class_method()#调用12345678910111213141516171819202.直接操作__dict__你也可以直接操作类的__dict__属性来添加或修改变量和方法。代码展示MyClass.__dict__['new_class_var']='NewClassVariable'print(MyClass.new_class_var)#输出:NewClassVariabledefnew_class_method(cls):print('Newclassmethod.')MyClass.__dict__['new_class_method']=classmethod(new_class_method)MyClass.new_class_method()#调用1234567说明直接操作__dict__可能会绕过一些Python的内置检查和优化，因此通常建议使用setattr或其他更高级的API。9.定义静态方法说明staticmethod在Python中，staticmethod是一个装饰器（decorator），用于将函数绑定到类上，但不接收类或实例的隐式第一个参数（在普通实例方法中通常是self，在类方法中通常是cls）。这意味着staticmethod函数可以像普通函数一样被调用，但它被定义在类的命名空间中，因此可以通过类名来访问它，就像访问类变量或方法一样。代码展示classMathUtilitiesstaticmethoddefadd(x,y):returnx+y@staticmethoddefmultiply(x,y):returnx*y#使用静态方法result_add=MathUtilities.add(5,3)print(result_add)#输出:8result_multiply=MathUtilities.multiply(5,3)print(result_multiply)#输出:15#注意：静态方法也可以通过实例调用，但这样做并不常见math_utils=MathUtilities()print(math_utils.add(2,2))#输出:41234567891011121314151617181910.静态方法与类方法和实例方法的比较实例方法：需要接收类实例的引用（通常是self）作为第一个参数，可以访问和修改实例的属性和方法。类方法：需要接收类本身的引用（通常是cls）作为第一个参数，可以访问和修改类的属性（即类变量），但不能直接访问或修改实例的属性（除非通过实例方法或传递实例作为参数）。静态方法：不接收类或实例的隐式第一个参数，其行为更接近于普通函数，但定义在类的命名空间中，可以通过类名或实例来调用。总结以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍Python中面向对象编程（OOP）的一些用法。