学习廖雪峰python3教程(2)

面向对象

访问限制

如果要让内部属性不被外部访问,可以把属性的名称前加上两个下划线,在Python中,实例的变量名如果以开头,就变成了一个私有变量(private),只有内部可以访问,外部不能访问,所以,我们把Student类改一改:

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))

改完后,对于外部代码来说,没什么变动,但是已经无法从外部访问实例变量.__name和实例变量.__score了:

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.__name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute '__name'

这样就确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态,这样通过访问限制的保护,代码更加健壮。

有些时候,你会看到以一个下划线开头的实例变量名,比如_name,这样的实例变量外部是可以访问的,但是,按照约定俗成的规定,当你看到这样的变量时,意思就是,“虽然我可以被访问,但是,请把我视为私有变量,不要随意访问”。

双下划线开头的实例变量是不是一定不能从外部访问呢?其实也不是。不能直接访问__name是因为Python解释器对外把__name变量改成了_Student__name,所以,仍然可以通过_Student__name来访问__name变量:

>>> bart._Student__name
'Bart Simpson'

但是强烈建议你不要这么干,因为不同版本的Python解释器可能会把__name改成不同的变量名。

最后注意下面的这种错误写法:

>>> bart = Student('Bart Simpson', 98)
>>> bart.get_name()
'Bart Simpson'
>>> bart.__name = 'New Name' # 设置__name变量!
>>> bart.__name
'New Name'

表面上看,外部代码“成功”地设置了__name变量,但实际上这个__name变量和class内部的__name变量不是一个变量!内部的__name变量已经被Python解释器自动改成了_Student__name,而外部代码给bart新增了一个__name变量。不信试试:

>>> bart.get_name() # get_name()内部返回self.__name
'Bart Simpson'

获取对象信息

type() 获取类型类型。
isinstance() 判断变量是否是某个类的实例。
dir() 获取对象的属性和方法。
配合getattr()、setattr()以及hasattr(),我们可以直接操作一个对象的状态。

实例属性和类属性

但是,如果Student类本身需要绑定一个属性呢?可以直接在class中定义属性,这种属性是类属性,归Student类所有:

class Student(object):
    name = 'Student'

在编写程序的时候,千万不要把实例属性和类属性使用相同的名字,因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性,但是当你删除实例属性后,再使用相同的名称,访问到的将是类属性。

面向对象高级编程

使用slog

我们可以任意地给类或对象增加属性和方法。
尝试给实例绑定一个方法:

>>> def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法
...     self.age = age
...
>>> from types import MethodType
>>> s.set_age = MethodType(set_age, s) # 给实例绑定一个方法
>>> s.set_age(25) # 调用实例方法
>>> s.age # 测试结果
25

但是,给一个实例绑定的方法,对另一个实例是不起作用的:

>>> s2 = Student() # 创建新的实例
>>> s2.set_age(25) # 尝试调用方法
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'set_age'

为了给所有实例都绑定方法,可以给class绑定方法:

>>> def set_score(self, score):
...     self.score = score
...
>>> Student.set_score = set_score

给class绑定方法后,所有实例均可调用:

>>> s.set_score(100)
>>> s.score
100
>>> s2.set_score(99)
>>> s2.score
99

为了达到限制的目的,Python允许在定义class的时候,定义一个特殊的slots变量,来限制该class实例能添加的属性:

class Student(object):
    __slots__ = ('name', 'age') # 用tuple定义允许绑定的属性名称

然后,我们试试:

>>> s = Student() # 创建新的实例
>>> s.name = 'Michael' # 绑定属性'name'
>>> s.age = 25 # 绑定属性'age'
>>> s.score = 99 # 绑定属性'score'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

由于’score’没有被放到slots中,所以不能绑定score属性,试图绑定score将得到AttributeError的错误。

使用slots要注意,slots定义的属性仅对当前类实例起作用,对继承的子类是不起作用的:

>>> class GraduateStudent(Student):
...     pass
...
>>> g = GraduateStudent()
>>> g.score = 9999

除非在子类中也定义slots,这样,子类实例允许定义的属性就是自身的slots加上父类的slots

使用@property

有没有既能检查参数,又可以用类似属性这样简单的方式来访问类的变量呢?对于追求完美的Python程序员来说,这是必须要做到的!

还记得装饰器(decorator)可以给函数动态加上功能吗?对于类的方法,装饰器一样起作用。Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的:

class Student(object):

@property
def score(self):
   return self._score

@score.setter
def score(self, value):
   if not isinstance(value, int):
       raise ValueError('score must be an integer!')
   if value < 0 or value > 100:
       raise ValueError('score must between 0 ~ 100!')
   self._score = value

@property的实现比较复杂,我们先考察如何使用。把一个getter方法变成属性,只需要加上@property就可以了,此时,@property本身又创建了另一个装饰器@score.setter,负责把一个setter方法变成属性赋值,于是,我们就拥有一个可控的属性操作:

>>> s = Student()
>>> s.score = 60 # OK,实际转化为s.set_score(60)
>>> s.score # OK,实际转化为s.get_score()
60
>>> s.score = 9999
Traceback (most recent call last):
...
ValueError: score must between 0 ~ 100!

注意到这个神奇的@property,我们在对实例属性操作的时候,就知道该属性很可能不是直接暴露的,而是通过getter和setter方法来实现的。

还可以定义只读属性,只定义getter方法,不定义setter方法就是一个只读属性:

class Student(object):

@property
def birth(self):
   return self._birth

@birth.setter
def birth(self, value):
   self._birth = value

@property
def age(self):
   return 2015 - self._birth

上面的birth是可读写属性,而age就是一个只读属性,因为age可以根据birth和当前时间计算出来。

定制类

__slots__ 限制属性。
__len__() 计算长度
__doc__ 文档。定义处的第一个字符串
__str__ 用于print 打印
__repr__() 用于调试的打印
__iter__() 返回一个迭代对象,用于实现for in循环。
__getitem__() 根据下标取元素。
__setitem__()方法,把对象视作list或dict来对集合赋值。
__delitem__()方法,用于删除某个元素。

当调用不存在的属性时,比如score,Python解释器会试图调用getattr(self, ‘score’)来尝试获得属性,这样,我们就有机会返回score的值:

使用枚举类

为这样的枚举类型定义一个class类型,然后,每个常量都是class的一个唯一实例。Python提供了Enum类来实现这个功能:

from enum import Enum

Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'))

如果需要更精确地控制枚举类型,可以从Enum派生出自定义类:

from enum import Enum, unique

@unique
class Weekday(Enum):
    Sun = 0 # Sun的value被设定为0
    Mon = 1
    Tue = 2
    Wed = 3
    Thu = 4
    Fri = 5
    Sat = 6

@unique装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。

元类

type()函数既可以返回一个对象的类型,又可以创建出新的类型,比如,我们可以通过type()函数创建出Hello类,而无需通过class Hello(object)…的定义:

>>> def fn(self, name='world'): # 先定义函数
...     print('Hello, %s.' % name)
...
>>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 创建Hello class
>>> h = Hello()
>>> h.hello()
Hello, world.
>>> print(type(Hello))
<class 'type'>
>>> print(type(h))
<class '__main__.Hello'>

要创建一个class对象,type()函数依次传入3个参数:

  1. class的名称;
  2. 继承的父类集合,注意Python支持多重继承,如果只有一个父类,别忘了tuple的单元素写法;
  3. class的方法名称与函数绑定,这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。
    通过type()函数创建的类和直接写class是完全一样的,因为Python解释器遇到class定义时,仅仅是扫描一下class定义的语法,然后调用type()函数创建出class。

metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说,你可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。

metaclass是Python面向对象里最难理解,也是最难使用的魔术代码。正常情况下,你不会碰到需要使用metaclass的情况,所以,以下内容看不懂也没关系,因为基本上你不会用到。

我们先看一个简单的例子,这个metaclass可以给我们自定义的MyList增加一个add方法:

定义ListMetaclass,按照默认习惯,metaclass的类名总是以Metaclass结尾,以便清楚地表示这是一个metaclass:

# metaclass是类的模板,所以必须从`type`类型派生:
class ListMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)
        return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

有了ListMetaclass,我们在定义类的时候还要指示使用ListMetaclass来定制类,传入关键字参数metaclass:

class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):
    pass

当我们传入关键字参数metaclass时,魔术就生效了,它指示Python解释器在创建MyList时,要通过ListMetaclass.new()来创建,在此,我们可以修改类的定义,比如,加上新的方法,然后,返回修改后的定义。

new()方法接收到的参数依次是:

  1. 当前准备创建的类的对象;
  2. 类的名字;
  3. 类继承的父类集合;
  4. 类的方法集合。

测试一下MyList是否可以调用add()方法:

>>> L = MyList()
>>> L.add(1)
>> L
[1]

而普通的list没有add()方法:

>>> L2 = list()
>>> L2.add(1)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'list' object has no attribute 'add'

动态修改有什么意义?直接在MyList定义中写上add()方法不是更简单吗?正常情况下,确实应该直接写,通过metaclass修改纯属变态。

但是,总会遇到需要通过metaclass修改类定义的。ORM就是一个典型的例子。

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