Python-入门-类和对象(十)

本是古典何须时尚 2023-10-02 21:42 7阅读 0赞

Python 语言在设计之初，就定位为一门面向对象的编程语言，“Python 中一切皆对象”就是对 Python 这门编程语言的完美诠释。

类和对象是 Python 的重要特征，相比其它面向对象语言，Python 很容易就可以创建出一个类和对象。同时，Python 也支持面向对象的三大特征：封装、继承和多态。

#### 文章目录 ####

*  Python-入门-类和对象
 *   *  面向对象介绍
     *  面向对象相关术语
     *  定义类
     *  构造方法(\\\_\\\_init\\\_\\\_())
     *  类对象的创建和使用
     *  self详解
     *  类变量和实例变量
     *  实例方法、静态方法和类方
     *  描述符
     *  property封装
     *   @property封装-装饰器(常用)
     *  私有方法和私有属性
     *  继承
     *  父类方法重写
     *  调用父类内容super
     *  限制类实例动态添加属性和方法
     *  动态创建类
     *  元类MetaClass
     *  多态
     *  枚举类

## Python-入门-类和对象 ##

### 面向对象介绍 ###

有人肯定听过一切皆对象”的说法，但可能并不了解它的具体含义,面向对象编程是在面向过程编程的基础上发展来的，它比面向过程编程具有更强的灵活性和扩展性。面向对象编程是程序员发展的分水岭，很多学者会因无法理解面向对象而放弃学习编程。

面向对象编程（Object-oriented Programming，简称 OOP），是一种封装代码的方法。其实，在前面章节的学习中，我们已经接触了封装，比如说，将乱七八糟的数据扔进列表中，这就是一种简单的封装，是数据层面的封装；把常用的代码块打包成一个函数，这也是一种封装，是语句层面的封装。

代码封装，其实就是隐藏实现功能的具体代码，仅留给用户使用的接口，就好像使用计算机，用户只需要使用键盘、鼠标就可以实现一些功能，而根本不需要知道其内部是如何工作的。

我们所讲的面向对象编程，也是一种封装的思想，不过显然比以上两种封装更先进，它可以更好地模拟真实世界里的事物（将其视为对象），并把描述特征的数据和代码块（函数）封装到一起。

打个比方，若在某游戏中设计一个乌龟的角色，应该如何来实现呢？使用面向对象的思想会更简单，可以分为如下两个方面进行描述：

1.  从表面特征来描述，例如，绿色的、有 4 条腿、重 10 kg、有外壳等等。
2.  从所具有的的行为来描述，例如，它会爬、会吃东西、会睡觉、会将头和四肢缩到壳里，等等。

如果将乌龟用代码来表示，则其表面特征可以用变量来表示，其行为特征可以通过建立各种函数来表示。参考代码如下所示：

class tortoise: 
            bodyColor = "绿色"  # 颜色
            footNum = 4  # 腿
            weight = 10  # 重
            hasShell = True # 有壳
            #会爬
            def crawl(self):
                print("乌龟会爬")
            #会吃东西
            def eat(self):
                print("乌龟吃东西")
            #会睡觉
            def sleep(self):
                print("乌龟在睡觉")
            #会缩到壳里
            def protect(self):
                print("乌龟缩进了壳里")

**注意:** 以上代码仅是为了演示面向对象的编程思想，具体细节后续会做详细介绍。

因此，从某种程序上，相比较只用变量或只用函数，使用面向对象的思想可以更好地模拟现实生活中的事物。

不仅如此，在 Python 中，所有的变量其实也都是对象，包括整形（int）、浮点型（float）、字符串（str）、列表(list)、元组(tuple)、字典（dict）和集合（set）。以字典（dict）为例，它包含多个函数供我们使用，例如使用 keys() 获取字典中所有的键，使用 values() 获取字典中所有的值，使用 item() 获取字典中所有的键值对，等等。

### 面向对象相关术语 ###

在系统学习面向对象编程之前，初学者要了解有关面向对象的一些术语。当和其他人讨论代码的时候，或者尝试查找我们遇到的问题的解决方案时，知道正确的术语会很有帮助。

**面向对象中，常用术语包括：**

*  类：可以理解是一个模板，通过它可以创建出无数个具体实例。比如，前面编写的 tortoise 表示的只是乌龟这个物种，通过它可以创建出无数个实例来代表各种不同特征的乌龟（这一过程又称为类的实例化）。
 *  对象：类并不能直接使用，通过类创建出的实例（又称对象）才能使用。这有点像汽车图纸和汽车的关系，图纸本身（类）并不能为人们使用，通过图纸创建出的一辆辆车（对象）才能使用。
 *  属性：类中的所有变量称为属性。例如，tortoise 这个类中，bodyColor、footNum、weight、hasShell 都是这个类拥有的属性。
 *  方法：类中的所有函数通常称为方法。不过，和函数所有不同的是，类方法至少要包含一个 self 参数（后续会做详细介绍）。例如，tortoise 类中，crawl()、eat()、sleep()、protect() 都是这个类所拥有的方法，类方法无法单独使用，只能和类的对象一起使用。

### 定义类 ###

前面中已经提到，类仅仅充当图纸的作用，本身并不能直接拿来用，而只有根据图纸造出的实际物品（对象）才能直接使用。因此，Python程序中类的使用顺序是这样的：

1.  创建（定义）类，也就是制作图纸的过程；
2.  创建类的实例对象（根据图纸造出实际的物品），通过实例对象实现特定的功能。

Python 中定义一个类使用 class 关键字实现，其基本语法格式如下：

class 类名：
        多个（≥0）类属性...
        多个（≥0）类方法...

注意，无论是类属性还是类方法，对于类来说，它们都不是必需的，可以有也可以没有。另外，Python 类中属性和方法所在的位置是任意的，即它们之间并没有固定的前后次序。

和变量名一样，类名本质上就是一个标识符，因此我们在给类起名字时，必须让其符合 Python 的语法。有读者可能会问，用 a、b、c 作为类的类名可以吗？从 Python 语法上讲，是完全没有问题的，但作为一名合格的程序员，我们必须还要考虑程序的可读性。

因此，在给类起名字时，最好使用能代表该类功能的单词，例如用“Student”作为学生类的类名；甚至如果必要，可以使用多个单词组合而成，例如初学者定义的第一个类的类名可以是“TheFirstDemo”。

注意，如果由单词构成类名，建议每个单词的首字母大写，其它字母小写。

给类起好名字之后，其后要跟有冒号（：），表示告诉 Python 解释器，下面要开始设计类的内部功能了，也就是编写类属性和类方法。

其实，类属性指的就是包含在类中的变量；而类方法指的是包含类中的函数。换句话说，类属性和类方法其实分别是包含类中的变量和函数的别称。需要注意的一点是，同属一个类的所有类属性和类方法，要保持统一的缩进格式，通常统一缩进 4 个空格。

通过上面的分析，可以得出这样一个结论，即 Python 类是由类头（class 类名）和类体（统一缩进的变量和函数）构成。例如，下面程序定义一个 TheFirstDemo 类：

class TheFirstDemo:
            ''' 这是一个学习Python定义的第一个类 '''
            # 下面定义了一个类属性
            name = 'hello world'
            # 下面定义了一个say方法
            def say(self, content):
                print(content)

和函数一样，我们也可以为类定义说明文档，其要放到类头之后，类体之前的位置，如上面程序中第二行的字符串，就是 TheFirstDemo 这个类的说明文档。

另外分析上面的代码可以看到，我们创建了一个名为 TheFirstDemo 的类，其包含了一个名为 name 的类属性。

在各个类方法之外定义的变量称为类属性或类变量（如 name 属性），而在类方法中定义的属性称为实例属性（或实例变量）,它的作用具体怎样用后面会说

同时，TheFirstDemo 类中还包含一个 say() 类方法，细心的读者可能已经看到，该方法包含两个参数，分别是 self 和 content。可以肯定的是，content 参数就只是一个普通参数，没有特殊含义，但 self 比较特殊，并不是普通的参数，它的作用具体怎样用后面会说

更确切地说，say() 是一个实例方法，除此之外，Python 类中还可以定义类方法和静态方法，这 3 种类方法的区别和具体用法后面会说

### 构造方法(\_\_init\_\_()) ###

在创建类时，我们可以手动添加一个 **init**() 方法，该方法是一个特殊的类实例方法，称为构造方法（或构造函数）。

构造方法用于创建对象时使用，每当创建一个类的实例对象时Python 解释器都会自动调用它。Python 类中，手动添加构造方法的语法格式如下：

def __init__(self,...):
        代码块

注意，此方法的方法名中，开头和结尾各有 2 个下划线，且中间不能有空格。Python 中很多这种以双下划线开头、双下划线结尾的方法，都具有特殊的意义，后续会一一为大家讲解。

另外，\_\_init\_\_() 方法可以包含多个参数，但必须包含一个名为 self 的参数，且必须作为第一个参数。也就是说，类的构造方法最少也要有一个 self 参数。例如，仍以 TheFirstDemo 类为例，添加构造方法的代码如下所示：

class TheFirstDemo:
            '''这是一个学习Python定义的第一个类'''
            #构造方法
            def __init__(self):
                print("调用构造方法")
            # 下面定义了一个类属性
            name = 'hello world'
            # 下面定义了一个say方法
            def say(self, content):
                print(content)

注意，即便不手动为类添加任何构造方法，Python 也会自动为类添加一个仅包含 self 参数的构造方法。 仅包含 self 参数的 \_\_init\_\_() 构造方法，又称为类的默认构造方法。

在 **init**() 构造方法中，除了 self 参数外，还可以自定义一些参数，参数之间使用逗号“,”进行分割。例如，下面的代码在创建 **init**() 方法时，额外指定了 2 个参数：

class Student:
            '''这是一个学习Python定义的一个类'''
            def __init__(self,name,age):
                print("姓名:",name,"年龄:",age)

注意，由于创建对象时会调用类的构造方法，如果构造函数有多个参数时，需要手动传递参数(后续会讲解)

注意: 虽然构造方法中有 self、name、age 3 个参数，但实际需要传参的仅有 name 和 age，也就是说，self 不需要手动传递参数。 关于 self 参数这里只需要知道，在创建类对象时，无需给 self 传参即可。

### 类对象的创建和使用 ###

通过前面的学习，我们已经学会如何定义一个类，但要想使用它，必须创建该类的对象。创建类对象的过程，又称为类的实例化。

对已定义好的类进行实例化，其语法格式如下： `类名(参数)`

定义类时，如果没有手动添加 \_\_init\_\_() 构造方法，又或者添加的 \_\_init\_\_() 中仅有一个 self 参数，则创建类对象时的参数可以省略不写。

例如，如下代码创建了名为 CLanguage 的类，并对其进行了实例化：

class Student:
        # 下面定义了2个类变量
        name = "hello world"
        age = 25
    
        def __init__(self, name, age):
            # 下面定义 2 个实例变量
            self.name = name
            self.age = age
            print("姓名:",name,"年龄:",age)
    
        # 下面定义了一个say实例方法
        def say(self, content):
            print(content)
    
    
    
    if __name__ == '__main__':
        # 将该CLanguage对象赋给clanguage变量
        student = Student("张三", 22)

在上面的程序中，由于构造方法除 self 参数外，还包含 2 个参数，且这 2 个参数没有设置默认参数，因此在实例化类对象时，需要传入相应的 name 值和 add 值（self 参数是特殊参数，不需要手动传值，Python 会自动传给它值）。

> 类对象的使用

定义的类只有进行实例化，也就是使用该类创建对象之后，才能得到利用。总的来说，实例化后的类对象可以执行以下操作：

访问或修改类对象具有的实例变量，甚至可以添加新的实例变量或者删除已有的实例变量；调用类对象的方法，包括调用现有的方法，以及给类对象动态添加方法。

> 类对象访问变量或方法

使用已创建好的类对象访问类中实例变量的语法格式如下： `类对象名.变量名`  
使用类对象调用类中方法的语法格式如下： `对象名.方法名(参数)`

**注意:** 对象名和变量名以及方法名之间用点 “.” 连接。

例如，下面代码演示了如何通过 Student 对象调用类中的实例变量和方法：

if __name__ == '__main__':
        student = Student("张三", 21)
        # 输出name和add实例变量的值
        print(student.name, student.age)
        # 修改实例变量的值
        student.name = "Python教程"
        student.age = 22
        
        # 调用Student的say()方法
        student.say("人生苦短，我用Python")
        # 再次输出name和add的值
        print(student.name, student.age)

> 给类对象动态添加/删除变量

Python 支持为已创建好的对象动态增加实例变量，方法也很简单，举个例子：

# 为Student对象增加一个money实例变量
        student.money= 159.9
        print(student.money)

可以看到，通过直接增加一个新的实例变量并为其赋值，就成功地为 clanguage 对象添加了 money 变量。

既然能动态添加，那么是否能动态删除呢？答案是肯定的，使用 del 语句即可实现，例如：

#删除新添加的 money 实例变量
        del student.money
        #再次尝试输出 money，此时会报错,因为已经删除了
        print(student.money)

> 给类对象动态添加方法

Python 也允许为对象动态增加方法。以本节开头的 Student 类为例，由于其内部只包含一个 say() 方法，因此该类实例化出的 student 对象也只包含一个 say() 方法。但其实，我们还可以为 student 对象动态添加其它方法。

需要注意的一点是，为 student 对象动态增加的方法，Python 不会自动将调用者自动绑定到第一个参数,也就是调用时候还需要将对象传入进第一个参数里才行

# 先定义一个函数
        def info(self):
            print("---info函数---", self)
        # 使用info对clanguage的foo方法赋值（动态绑定方法）
        student.foo = info
        # Python不会自动将调用者绑定到第一个参数，因此在使用的时候,需要手动将调用者绑定为第一个参数
        student.foo(student)
    
        # 使用lambda表达式为clanguage对象的bar方法赋值（动态绑定方法）
        student.bar = lambda self: print('--lambda表达式--', self)
        # Python不会自动将调用者绑定到第一个参数，因此在使用的时候,需要手动将调用者绑定为第一个参数
        student.bar(student)

有读者可能会问，有没有不用手动给 self 传值的方法呢？通过借助 types 模块下的 MethodType 可以实现，仍以上面的 info() 函数为例：

from types import MethodType
    # 先定义一个函数
    def info(self,content):
        print("---info函数---", content)
    # 函数绑定到实例上
    student.info = MethodType(info, student)
    # 因为通过MethodType进行绑定的函数,在调用的时候无需传入第一个参数self
    student.info("hello world")

可以看到，由于使用 MethodType 包装 info() 函数时，已经将该函数的 self 参数绑定为 student，因此后续再使用 info() 函数时，就不用再给 self 参数绑定值了。

### self详解 ###

在定义类的过程中，无论是显式创建类的构造方法，还是向类中添加实例方法，都要求将 self 参数作为方法的第一个参数。那么，self 到底扮演着什么样的角色呢？事实上，Python 只是规定，无论是构造方法还是实例方法，最少要包含一个参数，并没有规定该参数的具体名称。之所以将其命名为 self，只是程序员之间约定俗成的一种习惯，遵守这个约定，可以使我们编写的代码具有更好的可读性（大家一看到 self，就知道它的作用）。

那么，self 参数的具体作用是什么呢？打个比方，如果把类比作造房子的图纸，那么类实例化后的对象是真正可以住的房子。根据一张图纸（类），我们可以设计出成千上万的房子（类对象），每个房子长相都是类似的（都有相同的类变量和类方法），但它们都有各自的主人，那么如何对它们进行区分呢？

当然是通过 self 参数，它就相当于每个房子的门钥匙，可以保证每个房子的主人仅能进入自己的房子（每个类对象只能调用自己的类变量和类方法）。

如果你接触过其他面向对象的编程语言（例如 C++,java等），其实 Python 类方法中的 self 参数就相当于 java 中的 this 当前对象的引用。

也就是说，同一个类可以产生多个对象，当某个对象调用类方法时，该对象会把自身的引用作为第一个参数自动传给该方法，换句话说，Python 会自动绑定类方法的第一个参数指向调用该方法的对象。如此，Python解释器就能知道到底要操作哪个对象的方法了。

class Student:
        def __init__(self, age):
            self.age = age
        def getAge(self):
           return self.age
    if __name__ == '__main__':
        student = Student(20)
        student1 = Student(25)
        print(student.getAge()) # 20
        print(student1.getAge())  # 25

上面代码中，getAge() 中的 self 代表该方法的调用者，即谁调用该方法，那么 self 就代表谁。

值得一提的是，除了类对象可以直接调用类方法，还有一种函数调用的方式，例如：

student = Student(20)
        myGetAge=student.getAge # 获取方法,不带括号(不执行方法,只是获取方法调用的引用)
        print(myGetAge()) # 执行方法

### 类变量和实例变量 ###

无论是类属性还是类方法，都无法像普通变量或者函数那样，在类的外部直接使用它们。我们可以将类看做一个独立的空间，则类属性其实就是在类体中定义的变量，类方法是在类体中定义的函数。

前面提到过，在类体中，根据变量定义的位置不同，以及定义的方式不同，类属性又可细分为以下 3 种类型：

1.  类体中、所有函数之外：此范围定义的变量，称为类属性或类变量；
2.  类体中，所有函数内部：以“self.变量名”的方式定义的变量，称为实例属性或实例变量；
3.  类体中，所有函数内部：以“变量名=变量值”的方式定义的变量，称为局部变量。

不仅如此，类方法也可细分为实例方法、静态方法和类方法，后续做详细介绍。那么，类变量、实例变量以及局部变量之间有哪些不同呢？接下来就围绕此问题做详细地讲解。

> 类变量

类变量指的是在类中，但在各个类方法外定义的变量。举个例子：

class Student:
        name = 'Student'
        age = 22

上面程序中，name 和 age就属于类变量。类变量的特点是，所有类的实例化对象都同时共享类变量，也就是说，类变量在所有实例化对象中是作为公用资源存在的。类方法的调用方式有 2 种，既可以使用类名直接调用，也可以使用类的实例化对象调用。比如，

#使用类名直接调用
    print(Student.name)
    print(Student.age)

> 实例变量

实例变量指的是在任意类方法内部，以“self.变量名”的方式定义的变量，其特点是只作用于调用方法的对象。另外，实例变量只能通过对象名访问，无法通过类名访问。

class Student:
        def __init__(self, name, age):
            self.name = name #定义实例属性
            self.age = age
    if __name__ == '__main__':
        student = Student('张三', 18)
        print(student.name) # 通过实例对象访问实例属性
        print(student.age)

**注意:** 通过类对象可以访问类变量，但无法修改类变量的值。这是因为，通过类对象修改类变量的值，不是在给“类变量赋值”，而是定义新的实例变量,类中，实例变量和类变量可以同名，但这种情况下使用类对象将无法调用类变量，它会首选实例变量，这也是不推荐“类变量使用对象名调用”的原因。

> 局部变量

除了实例变量，类方法中还可以定义局部变量。和前者不同，局部变量直接以“变量名=值”的方式进行定义，例如：

class Student:
        def count(self,money):
            sale = 0.8*money # 局部变量,只能在函数内部使用
            print("优惠后的价格为：",sale)

通常情况下，定义局部变量是为了所在类方法功能的实现。需要注意的一点是，局部变量只能用于所在函数中，函数执行完成后，局部变量也会被销毁。

### 实例方法、静态方法和类方 ###

和类属性一样，类方法也可以进行更细致的划分，具体可分为类方法、实例方法和静态方法。和类属性的分类不同，对于初学者来说，区分这 3 种类方法是非常简单的，即采用 `@classmethod`\` 修饰的方法为类方法；采用 `@staticmethod`\` 修饰的方法为静态方法；不用任何修改的方法为实例方法。 其中 @classmethod 和 @staticmethod 都是函数装饰器，后面会对其做详细介绍。

> 类实例方法

通常情况下，在类中定义的方法默认都是实例方法。不仅如此，类的构造方法理论上也属于实例方法，只不过它比较特殊。比如，下面的类中就用到了实例方法：

class Student:
        #类构造方法，也属于实例方法
        def __init__(self):
            self.name = "python"
        # 下面定义了一个say实例方法
        def say(self):
            print("正在调用 say() 实例方法")

实例方法最大的特点就是，它最少也要包含一个 self 参数，用于绑定调用此方法的实例对象（Python 会自动完成绑定）。实例方法通常会用类对象直接调用，例如：

student = Student()
        student.say()

当然，Python 也支持使用类名调用实例方法，但此方式需要手动给 self 参数传值。例如：

student = Student()
        Student.say(student)  # 调用实例方法

> 类方法

Python 类方法和实例方法相似，它最少也要包含一个参数，只不过类方法中通常将其命名为 cls，**Python 会自动将类本身绑定给 cls 参数（注意，绑定的不是类对象）**。也就是说，我们在调用类方法时，无需显式为 cls 参数传参。和 self 一样，cls 参数的命名也不是规定的（可以随意命名），只是 Python 程序员约定俗称的习惯而已。和实例方法最大的不同在于，类方法需要使用`＠classmethod`修饰符进行修饰，例如：

class Student:
        #类构造方法，也属于实例方法
        def __init__(self):
            self.name = "python"
        #下面定义了一个类方法
        @classmethod
        def info(cls):
            print("正在调用类方法",cls)

注意，如果没有 ＠classmethod，则 Python 解释器会将 info() 方法认定为实例方法，而不是类方法。

类方法推荐使用类名直接调用，当然也可以使用实例对象来调用（不推荐）。例如:

#使用类名直接调用类方法
        Student.info()
        
        #使用类对象调用类方法(不推荐)
        clang = Student()
        clang.info()

前面也说过,类方法只能访问类属性,而不能访问类实例,这个需要注意,因为作用域不同

> 类静态方法

静态方法，其实就是我们学过的函数，和函数唯一的区别是，静态方法定义在类这个空间（类命名空间）中，而函数则定义在程序所在的空间（全局命名空间）中。  
  
静态方法没有类似 self、cls 这样的特殊参数，因此 Python 解释器不会对它包含的参数做任何类或对象的绑定。也正因为如此，类的静态方法中无法调用任何类属性和类方法。静态方法需要使用`＠staticmethod`修饰，例如：

class Student:
        @staticmethod
        def info(name,add):
            print(name,add)

静态方法的调用，既可以使用类名，也可以使用类对象，例如：

# 使用类名直接调用静态方法
        Student.info("hello", "world")
        # 使用类对象调用静态方法
        clang = Student()
        clang.info("hello", "world")

在实际编程中，几乎不会用到类方法和静态方法，因为我们完全可以使用函数代替它们实现想要的功能，但在一些特殊的场景中（例如工厂模式中），使用类方法和静态方法也是很不错的选择。

### 描述符 ###

Python 中，通过使用描述符，可以让程序员在引用一个对象属性时自定义要完成的工作。

**本质上看，描述符就是一个类，只不过它定义了另一个类中属性的访问方式。换句话说，一个类可以将属性管理全权委托给描述符类**

描述符是 Python 中复杂属性访问的基础，它在内部被用于实现 property、方法、类方法、静态方法和 super 类型。

描述符类基于以下 3 个特殊方法，换句话说，这 3 个方法组成了描述符协议：

*  \_\_set\_\_(self, obj, type=None)：在设置属性时将调用这一方法（本节后续用 setter 表示）；
 *  \_\_get\_\_(self, obj, value)：在读取属性时将调用这一方法（本节后续用 getter 表示）；
 *  \_\_delete\_\_(self, obj)：对属性调用 del 时将调用这一方法。

其中，实现了 setter 和 getter 方法的描述符类被称为数据描述符；反之，如果只实现了 getter 方法，则称为非数据描述符。

实际上，**在每次查找属性时，描述符协议中的方法都由类对象的特殊方法 \_\_getattribute\_\_() 调用**（注意不要和 \_\_getattr\_\_() 弄混）。也就是说，每次使用类对象.属性（或者 getattr(类对象，属性值)）的调用方式时，都会隐式地调用 \_\_getattribute\_\_()，它会按照下列顺序查找该属性：

1.  验证该属性是否为类实例对象的数据描述符；
2.  如果不是，就查看该属性是否能在类实例对象的 \_\_dict\_\_ 中找到；
3.  最后，查看该属性是否为类实例对象的非数据描述符。

# 描述符类
    class revealAccess:
        def __init__(self, initval=None, name='var'):
            self.val = initval
            self.name = name
    
        def __get__(self, obj, type=None):
            print("Retrieving", self.name)
            return self.val
    
        def __set__(self, obj, value):
            print("updating", self.name)
            self.val = value
    
        def __delete__(self,obj):
            print("deleting", self.name)
            del self.val
    
    class myClass:
        x = revealAccess(10,'var "x"') # 使用描述符类
        y = 5
    if __name__ == '__main__':
        m = myClass()
        print(m.x) # 获取描述符类的属性,会调用__get__
        m.x = 20   # 设置描述符类的属性 __set__
        del m.x     #  删除描述符类的属性 __delete__

![在这里插入图片描述][5312cf0e9eaf430fad5471bb0b4b89ee.png]

那么描述符类,具体在实际中有啥用呢, 简单来说就是对类的属性进行增强

除了使用描述符类自定义类属性被调用时做的操作外，还可以使用 property() 函数或者 @property 装饰器，在面会讲。

### property封装 ###

我们一直在用“类对象.属性”的方式访问类中定义的属性，其实这种做法是欠妥的，因为它破坏了类的封装原则。正常情况下，类包含的属性应该是隐藏的，只允许通过类提供的方法来间接实现对类属性的访问和操作。

因此，在不破坏类封装原则的基础上，为了能够有效操作类中的属性，类中应包含读（或写）类属性的多个 getter（或 setter）方法，这样就可以通过“类对象.方法(参数)”的方式操作属性，例如：

class CLanguage:
            #构造函数
            def __init__(self,name):
                self.name = name 
            #设置 name 属性值的函数 
            def setName(self,name):
                self.name = name
            #访问nema属性值的函数
            def getName(self):
                return self.name
            #删除name属性值的函数
            def delName(self):
                self.name="xxx"
    
        clang = CLanguage("C语言中文网")
        #获取name属性值
        print(clang.getName())
        #设置name属性值
        clang.setName("Python教程")
        print(clang.getName())
        #删除name属性值
        clang.delName()
        print(clang.getName())

可能有读者觉得，这种操作类属性的方式比较麻烦，更习惯使用“类对象.属性”这种方式。庆幸的是，Python 中提供了 property() 函数，可以实现在不破坏类封装原则的前提下，让开发者依旧使用“类对象.属性”的方式操作类中的属性。property() 函数的基本使用格式如下：

属性名=property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None)

其中，fget 参数用于指定获取该属性值的类方法，fset 参数用于指定设置该属性值的方法，fdel 参数用于指定删除该属性值的方法，最后的 doc 是一个文档字符串，用于说明此函数的作用。

注意，在使用 property() 函数时，以上 4 个参数可以仅指定第 1 个、或者前 2 个、或者前 3 个，当前也可以全部指定。也就是说，property() 函数中参数的指定并不是完全随意的。例如，修改上面的程序，为 name 属性配置 property() 函数：

class CLanguage:
        #构造函数
        def __init__(self,n):
            self.__name = n # 必须使用 self.__name 而不是 self.name
        #设置 name 属性值的函数
        def setName(self,n):
            self.__name = n
        #访问nema属性值的函数
        def getName(self):
            return self.__name
        #删除name属性值的函数
        def delName(self):
            self.__name="xxx"
            
        #为name 属性配置 property() 函数
        name = property(getName, setName, delName, '指明出处')
    
    
    if __name__ == '__main__':
        # 调取说明文档的 2 种方式
        # print(CLanguage.name.__doc__)
        help(CLanguage.name)
        clang = CLanguage("C语言中文网")
        # 调用 getname() 方法
        print(clang.name)
        # 调用 setname() 方法
        clang.name = "Python教程"
        print(clang.name)
        # 调用 delname() 方法
        del clang.name
        print(clang.name)

**注意:** 在此程序中，由于 getName() 方法中需要返回 name 属性，如果使用 self.name 的话，其本身又被调用 getName()，这将会先入无限死循环。为了避免这种情况的出现，程序中的 name 属性必须设置为私有属性，即使用 \_\_name（前面有 2 个下划线）。有关类属性和类方法的属性设置（分为共有属性、保护属性、私有属性），后面会做详细介绍。当然，property() 函数也可以少传入几个参数。以上面的程序为例，我们可以修改 property() 函数如下所示

name = property(getName, setName)

这意味着，name 是一个可读写的属性，但不能删除，因为 property() 函数中并没有为 name 配置用于函数该属性的方法。也就是说，即便 CLanguage 类中设计有 delName() 函数，这种情况下也不能用来删除 name 属性。 同理，还可以像如下这样使用 property() 函数：

name = property(getname)    # name 属性可读，不可写，也不能删除
        name = property(getname, setname,delname)    #name属性可读、可写、也可删除，就是没有说明文档

###  @property封装-装饰器(常用) ###

既要保护类的封装特性，又要让开发者可以使用“对象.属性”的方式操作操作类属性，除了使用 property() 函数，Python 还提供了 @property 装饰器。通过 @property 装饰器，可以直接通过方法名来访问方法，不需要在方法名后添加一对“（）”小括号。@property 的语法格式如下：

@property
    def 方法名(self)
        代码块

例如，定义一个矩形类，并定义用 @property 修饰的方法操作类中的 area 私有属性，代码如下：

class Rect:
            def __init__(self,area):
                self.__area = area # 注意使用两个下划线作为变量的前缀
            @property
            def area(self):
                return self.__area
        rect = Rect(30)
        # 直接通过方法名来访问 area 方法
        print("矩形的面积是：",rect.area)

上面程序中，使用 ＠property 修饰了 area() 方法，这样就使得该方法变成了 area 属性的 getter 方法。需要注意的是，如果类中只包含该方法，那么 area 属性将是一个只读属性。也就是说，在使用 Rect 类时，无法对 area 属性重新赋值，即运行如下代码会报错：

rect.area = 90 #  AttributeError: can't set attribute
        print("修改后的面积：",rect.area)

而要想实现修改 area 属性的值，还需要为 area 属性添加 setter 方法，就需要用到 setter 装饰器，它的语法格式如下：

@方法名.setter
    def 方法名(self, value):
        代码块

例如，为 Rect 类中的 area 方法添加 setter 方法，代码如下：

@area.setter
        def area(self, value):
            self.__area = value

这样，area 属性就有了 getter 和 setter 方法，该属性就变成了具有读写功能的属性。除此之外，还可以使用 deleter 装饰器来删除指定属性，其语法格式为：

@方法名.deleter
    def 方法名(self):
        代码块

例如，在 Rect 类中，给 area() 方法添加 deleter 方法，实现代码如下：

@area.deleter
        def area(self):
            self.__area = 0

完整代码如下:

class Rect:
        def __init__(self, area):
            self.__area = area  # 注意使用两个下划线作为变量的前缀
    
        @property
        def area(self):
            print('get area')
            return self.__area
        @area.setter
        def area(self, value):
            print('set area')
            self.__area = value
    
        @area.deleter
        def area(self):
            print('del area')
            self.__area = 0
    
    if __name__ == '__main__':
        rect = Rect(30)
        # 直接通过方法名来访问 area 方法
        print("矩形的面积是：", rect.area)
        # 通过方法名来修改 area 方法
        rect.area = 50
        print("矩形的面积是：", rect.area)
        # 通过方法名来删除 area 方法
        del rect.area
        print("矩形的面积是：", rect.area)

### 私有方法和私有属性 ###

**私有属性和方法：**

是指在 Python 的面向对象开发过程中，对象的某些属性和方法只想在对象的内部被使用，但不想在外部被访问到这些属性和方法。

**即：** 私有属性和方法是对象不愿意公开的属性。只在当前对象内使用

Python中不存在真正的私有方法。为了实现类似于c++或者java中私有方法，可以在类的方法或属性前加二个“\_”单下划线，意味着该方法或属性不应该去调用，它并不属于API。但是，这只是一个形式上的约定，python并不阻止调用。

这实际上是因为python是通过一个名字管理实现私有化的， 当我们定义双下划线开头的名字时， python 把这个名字改掉了， 因此就找不到这个变量或方法了， 相当于私有化了。 但是改名是有规则的， 就是把\_\_\{valname\}变成了\_\{classname\}\_\_\{valname\}。那么只要知道了命名规则就照常可以访问，所以是伪私有化的。

class Student:
        def __init__(self, name, age):
            self.__name= name   # 定义私有变量
            self.__age = age
    
        def __getTest(self): # 定义私有方法
            print("getTest")

除此之外，还可以定义以单下划线“\_”开头的类属性或者类方法（例如 \_name、\_display(self)），这种类属性和类方法通常被视为私有属性和私有方法，虽然它们也能通过类对象正常访问，但这是一种约定俗称的用法，初学者一定要遵守。

### 继承 ###

封装、继承、多态 3 大特性，前面已经详细介绍了 Python 类的封装，

继承机制经常用于创建和现有类功能类似的新类，又或是新类只需要在现有类基础上添加一些成员（属性和方法），但又不想直接将现有类代码复制给新类。也就是说，通过使用继承这种机制，可以轻松实现类的重复使用。

举个例子，假设现有一个 Shape 类，该类的 draw() 方法可以在屏幕上画出指定的形状，现在需要创建一个 Form 类，要求此类不但可以在屏幕上画出指定的形状，还可以计算出所画形状的面积。要创建这样的类，笨方法是将 draw() 方法直接复制到新类中，并添加计算面积的方法。实现代码如下所示：

class Shape:
            def draw(self,content):
                print("画",content)
        class Form:
            def draw(self,content):
                print("画",content)
            def area(self):
                #....
                print("此图形的面积为...")

当然还有更简单的方法，就是使用类的继承机制。实现方法为：让 From 类继承 Shape 类，这样当 From 类对象调用 draw() 方法时，Python 解释器会先去 From 中找以 draw 为名的方法，如果找不到，它还会自动去 Shape 类中找。如此，我们只需在 From 类中添加计算面积的方法即可，示例代码如下：

class Shape:
            def draw(self,content):
                print("画",content)
        class Form(Shape):
            def area(self):
                #....
                print("此图形的面积为...")

上面代码中，class From(Shape) 就表示 From 继承 Shape。Python 中，实现继承的类称为子类，被继承的类称为父类（也可称为基类、超类）。因此在上面这个样例中，From 是子类，Shape 是父类。

子类继承父类时，只需在定义子类时，将父类（可以是多个）放在子类之后的圆括号里即可。语法格式如下：

class 类名(父类1, 父类2, ...)：
        #类定义部分

注意，如果该类没有显式指定继承自哪个类，则默认继承 object 类（object 类是 Python 中所有类的父类，即要么是直接父类，要么是间接父类）。另外，Python 的继承是多继承机制（和 C++ 一样），即一个子类可以同时拥有多个直接父类。

注意，有读者可能还听说过“派生”这个词汇，它和继承是一个意思，只是观察角度不同而已。换句话话，继承是相对子类来说的，即子类继承自父类；而派生是相对于父类来说的，即父类派生出子类。

了解了继承机制的含义和语法之后，下面代码演示了继承机制的用法：

class People:
            def say(self):
                print("我是一个人，名字是：",self.name)
        class Animal:
            def display(self):
                print("人也是高级动物")
        #同时继承 People 和 Animal 类
        #其同时拥有 name 属性、say() 和 display() 方法
        class Person(People, Animal):
            pass
        zhangsan = Person()
        zhangsan.name = "张三"
        zhangsan.say()
        zhangsan.display()

可以看到，虽然 Person 类为空类，但由于其继承自 People 和 Animal 这 2 个类，因此实际上 Person 并不空，它同时拥有这 2 个类所有的属性和方法。

没错，子类拥有父类所有的属性和方法，即便该属性或方法是私有（private）的。至于为什么,上面已经说明了

> 关于Python的多继承

事实上，大部分面向对象的编程语言，都只支持单继承，即子类有且只能有一个父类。而 Python 却支持多继承（C++也支持多继承）。  
和单继承相比，多继承容易让代码逻辑复杂、思路混乱，一直备受争议，中小型项目中较少使用，后来的 Java、C\#、PHP 等干脆取消了多继承。  
  
使用多继承经常需要面临的问题是，多个父类中包含同名的类方法。对于这种情况，Python 的处置措施是：根据子类继承多个父类时这些父类的前后次序决定，即排在前面父类中的类方法会覆盖排在后面父类中的同名类方法。举个例子：

class People:
            def __init__(self):
                self.name = People
            def say(self):
                print("People类",self.name)
        class Animal:
            def __init__(self):
                self.name = Animal
            def say(self):
                print("Animal类",self.name)
        # People中的 name 属性和 say() 会遮蔽 Animal 类中的
        class Person(People, Animal):
            pass
        zhangsan = Person()
        zhangsan.name = "张三"
        zhangsan.say()

可以看到，当 Person 同时继承 People 类和 Animal 类时，People 类在前，因此如果 People 和 Animal 拥有同名的类方法，实际调用的是 People 类中的。**虽然 Python 在语法上支持多继承，但逼不得已，建议大家不要使用多继承。**

### 父类方法重写 ###

前面讲过在 Python 中，子类继承了父类，那么子类就拥有了父类所有的类属性和类方法。通常情况下，子类会在此基础上，扩展一些新的类属性和类方法。

但凡事都有例外，我们可能会遇到这样一种情况，即子类从父类继承得来的类方法中，大部分是适合子类使用的，但有个别的类方法，并不能直接照搬父类的，如果不对这部分类方法进行修改，子类对象无法使用。针对这种情况，我们就需要在子类中重复父类的方法。

举个例子，鸟通常是有翅膀的，也会飞，因此我们可以像如下这样定义个和鸟相关的类：

class Bird:
            #鸟有翅膀
            def isWing(self):
                print("鸟有翅膀")
            #鸟会飞
            def fly(self):
                print("鸟会飞")

但是，对于鸵鸟来说，它虽然也属于鸟类，也有翅膀，但是它只会奔跑，并不会飞。针对这种情况，可以这样定义鸵鸟类：

class Ostrich(Bird):
            # 重写Bird类的fly()方法
            def fly(self):
                print("鸵鸟不会飞")

可以看到，因为 Ostrich 继承自 Bird，因此 Ostrich 类拥有 Bird 类的 isWing() 和 fly() 方法。其中，isWing() 方法同样适合 Ostrich，但 fly() 明显不适合，因此我们在 Ostrich 类中对 fly() 方法进行重写。重写，有时又称覆盖，是一个意思，指的是对类中已有方法的内部实现进行修改。

> 调用父类中被重写的这个方法

事实上，如果我们在子类中重写了从父类继承来的类方法，那么当在类的外部通过子类对象调用该方法时，Python 总是会执行子类中重写的方法。  
  
这就产生一个新的问题，即如果想调用父类中被重写的这个方法，该怎么办呢？

很简单，Python 中的类可以看做是一个独立空间，而类方法其实就是出于该空间中的一个函数。而如果想要全局空间中，调用类空间中的函数，只需要在调用该函数是备注类名即可。举个例子：

class Bird:
            #鸟有翅膀
            def isWing(self):
                print("鸟有翅膀")
            #鸟会飞
            def fly(self):
                print("鸟会飞")
        class Ostrich(Bird):
            # 重写Bird类的fly()方法
            def fly(self):
                print("鸵鸟不会飞")
    
        # 创建Ostrich对象
        ostrich = Ostrich()
        #调用 Bird 类中的 fly() 方法
        Bird.fly(ostrich)

此程序中，需要大家注意的一点是，使用类名调用其类方法，Python 不会为该方法的第一个 self 参数自定绑定值，因此采用这种调用方法，需要手动为 self 参数赋值。通过类名调用实例方法的这种方式，又被称为未绑定方法。

### 调用父类内容super ###

前面不止一次讲过，Python 中子类会继承父类所有的类属性和类方法。严格来说，类的构造方法其实就是实例方法，因此毫无疑问，父类的构造方法，子类同样会继承。

但我们知道，Python 是一门支持多继承的面向对象编程语言，如果子类继承的多个父类中包含同名的类实例方法，则子类对象在调用该方法时，会优先选择排在最前面的父类中的实例方法。**显然，构造方法也是如此。**

class People:
            def __init__(self,name):
                self.name = name
            def say(self):
                print("我是人，名字为：",self.name)
        class Animal:
            def __init__(self,food):
                self.food = food
            def display(self):
                print("我是动物,我吃",self.food)
        #People中的 name 属性和 say() 会遮蔽 Animal 类中的
        class Person(People, Animal):
            pass
        per = Person("zhangsan")
        per.say()
    
        #per.display()

上面程序中，Person 类同时继承 People 和 Animal，其中 People 在前。这意味着，在创建 per 对象时，其将会调用从 People 继承来的构造函数。因此我们看到，上面程序在创建 per 对象的同时，还要给 name 属性进行赋值。

但如果去掉最后一行的注释，运行此行代码，Python 解释器会报如下错误：`AttributeError: 'Person' object has no attribute 'food'`\`

这是因为，从 Animal 类中继承的 display() 方法中，需要用到 food 属性的值，但由于 People 类的构造方法“遮蔽”了Animal 类的构造方法，使得在创建 per 对象时，Animal 类的构造方法未得到执行，所以程序出错。

针对这种情况，正确的做法是定义 Person 类自己的构造方法（等同于重写第一个直接父类的构造方法）。但需要注意，如果在子类中定义构造方法，则必须在该方法中调用父类的构造方法。

在子类中的构造方法中，调用父类构造方法的方式有 2 种，分别是：

1.  类可以看做一个独立空间，在类的外部调用其中的实例方法，可以向调用普通函数那样，只不过需要额外备注类名（此方式又称为未绑定方法）；
2.  使用 super() 函数。但如果涉及多继承，该函数只能调用第一个直接父类的构造方法。

也就是说，涉及到多继承时，在子类构造函数中，调用第一个父类构造方法的方式有以上 2 种，而调用其它父类构造方法的方式只能使用未绑定方法。

值得一提的是，Python 2.x 中，super() 函数的使用语法格式如下：`super(Class, obj).__init__(self,...)`\`其中，Class 值得是子类的类名，obj 通常指的就是 self。但在 Python 3.x 中，super() 函数有一种更简单的语法格式，推荐大家使用这种格式：`super().__init__(self,...)`\`

在掌握 super() 函数用法的基础上，我们可以尝试修改上面的程序：

class People:
            def __init__(self,name):
                self.name = name
            def say(self):
                print("我是人，名字为：",self.name)
        class Animal:
            def __init__(self,food):
                self.food = food
            def display(self):
                print("我是动物,我吃",self.food)
    
        class Person(People, Animal):
            #自定义构造方法
            def __init__(self,name,food):
                #调用 People 类的构造方法
                super().__init__(name)
                #super(Person,self).__init__(name) #执行效果和上一行相同
                #People.__init__(self,name)#使用未绑定方法调用 People 类构造方法
                #调用其它父类的构造方法，需手动给 self 传值
                Animal.__init__(self,food)  
    
      
        per = Person("zhangsan","熟食")
        per.say()
        per.display()

可以看到，Person 类自定义的构造方法中，调用 People 类构造方法，可以使用 super() 函数，也可以使用未绑定方法。但是调用 Animal 类的构造方法，只能使用未绑定方法。,建议使用多个super的时候都统一使用一种方式

> 使用super注意事项

class A:
        def __init__(self):
            print("A", end=" ")
            super().__init__()
    
    
    class B:
        def __init__(self):
            print("B", end=" ")
            super().__init__()
    
    
    class C(A, B):
        def __init__(self):
            print("C", end=" ")
            A.__init__(self)
            B.__init__(self)

B 类的 \_\_init\_\_() 方法被调用了两次, 为什么呢？因为C 类里面又通过 B.\_\_init\_\_() 显式的调用了一次

\*\*如何避免: \*\*在多继承场景中，super() 的使用必须一致，即在类的层次结构中，要么全部使用 super()，要么全不用！坚决不混用(不能和上面案例一样混用)

### 限制类实例动态添加属性和方法 ###

在上面通过学习,了解了如何动态的为单个实例对象添加属性，甚至如果必要的话，还可以为所有的类实例对象统一添加属性（通过给类添加属性）。  
那么，Python 是否也允许动态地为类或实例对象添加方法呢？答案是肯定的。我们知道，类方法又可细分为实例方法、静态方法和类方法，Python 语言允许为类动态地添加这 3 种方法；但对于实例对象，则只允许动态地添加实例方法，不能添加类方法和静态方法。

为单个实例对象添加方法，不会影响该类的其它实例对象；而如果为类动态地添加方法，则所有的实例对象都可以使用。

显然，动态给类或者实例对象添加属性或方法，是非常灵活的。但与此同时，如果胡乱地使用，也会给程序带来一定的隐患，即程序中已经定义好的类，如果不做任何限制，是可以做动态的修改的。

庆幸的是，Python 提供了 \_\_slots\_\_ 属性，通过它可以避免用户频繁的给实例对象动态地添加属性或方法。再次声明，\_\_slots\_\_ 只能限制为实例对象动态添加属性和方法，**而无法限制动态地为类添加属性和方法。**

\_\_slots\_\_ 属性值其实就是一个元组，只有其中指定的元素，才可以作为动态添加的属性或者方法的名称。举个例子：

class CLanguage:
            __slots__ = ('name','add','info')

可以看到， CLanguage 类中指定了 \_\_slots\_\_ 属性，这意味着，该类的实例对象仅限于动态添加 name、add、info 这 3 个属性以及 name()、add() 和 info() 这 3 个方法。

**注意:** 对于动态添加的方法，\_\_slots\_\_ 限制的是其方法名，并不限制参数的个数。,如果添加的方法不属于 \_\_slots\_\_里定义的名称那么就会报错

`AttributeError: 'CLanguage' object has no attribute 'say'`另外本节前面提到，\_\_slots\_\_ 属性**限制的对象是类的实例对象，而不是类**，因此不会限制给类添加方法和成员的

此外，\_\_slots\_\_ 属性对由该类派生出来的子类，也是不起作用的 , 也就是\_\_slots\_\_ 属性只对当前所在的类起限制作用,不会限制子类。因此，如果子类也要限制外界为其实例对象动态地添加属性和方法，必须在子类中设置 \_\_slots\_\_ 属性。

**注意:** 如果为**子类也设置有 \_\_slots\_\_ 属性**，那么子类实例对象允许动态添加的属性和方法，是子类中 \_\_slots\_\_ 属性和父类 \_\_slots\_\_ 属性的和。

### 动态创建类 ###

我们知道，type() 函数属于 Python 内置函数，通常用来查看某个变量的具体类型。其实，type() 函数还有一个更高级的用法，即创建一个自定义类型（也就是创建一个类）。

type() 函数的语法格式有 2 种，分别如下：

type(obj) 
    type(name, bases, dict)

以上这 2 种语法格式，各参数的含义及功能分别是：

*  第一种语法格式用来查看某个变量（类对象）的具体类型，obj 表示某个变量或者类对象。
 *  第二种语法格式用来创建类，其中 name 表示类的名称；bases 表示一个元组，其中存储的是该类的父类；dict 表示一个字典，用于表示类内定义的属性或者方法。

对于使用 type() 函数查看某个变量或类对象的类型，由于很简单，这里不再做过多解释，直接给出一个样例：

#查看 3.4 的类型
        print(type(3.4)) # <class 'float'>
        #查看类对象的类型
        class CLanguage:
            pass
        clangs = CLanguage()
        print(type(clangs)) # <class '__main__.CLanguage'>

这里重点介绍 type() 函数的另一种用法，即创建一个新类，先来分析一个样例：

#定义一个实例方法
        def say(self):
            print("我要学 Python！")
    
        #使用 type() 函数创建类
        CLanguage = type("CLanguage",(object,),dict(say = say, name = "C语言中文网"))
    
        #创建一个 CLanguage 实例对象
        clangs = CLanguage()
    
        #调用 say() 方法和 name 属性
        clangs.say()
    
        print(clangs.name)

注意，Python 元组语法规定，当 (object,) 元组中只有一个元素时，最后的逗号（,）不能省略。

可以看到，此程序中通过 type() 创建了类，其类名为 CLanguage，继承自 objects 类，且该类中还包含一个 say() 方法和一个 name 属性。

可能会问，如何判断 dict 字典中添加的是方法还是属性？很简单，如果该键值对中，值为普通变量（如 “C语言中文网”），则表示为类添加了一个类属性；反之，如果值为外部定义的函数（如 say() ），则表示为类添加了一个实例方法。

可以看到，使用 type() 函数创建的类，和直接使用 class 定义的类并无差别。事实上，我们在使用 class 定义类时，Python 解释器底层依然是用 type() 来创建这个类。

### 元类MetaClass ###

MetaClass元类，本质也是一个类，但和普通类的用法不同，它可以对类内部的定义（包括类属性和类方法）进行动态的修改。可以这么说，使用元类的主要目的就是为了实现在创建类时，能够动态地改变类中定义的属性或者方法。

不要从字面上去理解元类的含义，事实上 MetaClass 中的 Meta 这个词根，起源于希腊语词汇 meta，包含“超越”和“改变”的意思。

举个例子，根据实际场景的需要，我们要为多个类添加一个 name 属性和一个 say() 方法。显然有多种方法可以实现，但其中一种方法就是使用 MetaClass 元类。

如果在创建类时，想用 MetaClass 元类动态地修改内部的属性或者方法，则类的创建过程将变得复杂：先创建 MetaClass 元类，然后用元类去创建类，最后使用该类的实例化对象实现功能。

和前面创建的类不同，如果想把一个类设计成 MetaClass 元类，其必须符合以下条件：

1.  必须显式继承自 type 类；
2.  类中需要定义并实现 \_\_new\_\_() 方法，该方法一定要返回该类的一个实例对象，因为在使用元类创建类时，该 \_\_new\_\_() 方法会自动被执行，用来修改新建的类。

讲了这么多，读者可能对 MetaClass 元类的功能还是比较懵懂。没关系，我们先尝试定义一个 MetaClass 元类：

#定义一个元类
        class FirstMetaClass(type):
            # cls代表动态修改的类
            # name代表动态修改的类名
            # bases代表被动态修改的类的所有父类
            # attr代表被动态修改的类的所有属性、方法组成的字典
            def __new__(cls, name, bases, attrs):
                # 动态为该类添加一个name属性
                attrs['name'] = "C语言中文网"
                attrs['say'] = lambda self: print("调用 say() 实例方法")
                return super().__new__(cls,name,bases,attrs)

此程序中，首先可以断定 FirstMetaClass 是一个类。其次，由于该类继承自 type 类，并且内部实现了 \_\_new\_\_() 方法，因此可以断定 FirstMetaCLass 是一个元类。

可以看到，在这个元类的 \_\_new\_\_() 方法中，手动添加了一个 name 属性和 say() 方法。这意味着，通过 FirstMetaClass 元类创建的类，会额外添加 name 属性和 say() 方法。通过如下代码，可以验证这个结论：

#定义类时，指定元类
        class CLanguage(object,metaclass=FirstMetaClass):
            pass
        clangs = CLanguage()
        print(clangs.name)
        clangs.say()

可以看到，在创建类时，通过在标注父类的同时指定元类（格式为`metaclass=元类名`），则当 Python 解释器在创建这该类时，FirstMetaClass 元类中的 \_\_new\_\_ 方法就会被调用，从而实现动态修改类属性或者类方法的目的。

显然，FirstMetaClass 元类的 \_\_new\_\_() 方法动态地为 Clanguage 类添加了 name 属性和 say() 方法，因此，即便该类在定义时是空类，它也依然有 name 属性和 say() 方法。==对于 MetaClass 元类，它多用于创建 API，因此我们几乎不会使用到它。==如果使用不慎，对于整个代码造成的风险是不可估量的。

### 多态 ###

在面向对象程序设计中，除了封装和继承特性外，多态也是一个非常重要的特性，本节就带领大家详细了解什么是多态。

我们都知道，Python 是弱类型语言，其最明显的特征是在使用变量时，无需为其指定具体的数据类型。这会导致一种情况，即同一变量可能会被先后赋值不同的类对象，例如：

class CLanguage:
            def say(self):
                print("赋值的是 CLanguage 类的实例对象")
        class CPython:
            def say(self):
                print("赋值的是 CPython 类的实例对象")
        a = CLanguage()
        a.say()
    
        a = CPython()
        a.say()

可以看到，a 可以被先后赋值为 CLanguage 类和 CPython 类的对象，但这并不是多态。类的多态特性，还要满足以下 2 个前提条件：

1.  继承：多态一定是发生在子类和父类之间；
2.  重写：子类重写了父类的方法。

下面程序是对上面代码的改写：

class CLanguage:
            def say(self):
                print("调用的是 Clanguage 类的say方法")
        class CPython(CLanguage):
            def say(self):
                print("调用的是 CPython 类的say方法")
        class CLinux(CLanguage):
            def say(self):
                print("调用的是 CLinux 类的say方法")
        a = CLanguage()
        a.say()
        a = CPython()
        a.say()
        a = CLinux()
        a.say()

可以看到，CPython 和 CLinux 都继承自 CLanguage 类，且各自都重写了父类的 say() 方法。从运行结果可以看出，同一变量 a 在执行同一个 say() 方法时，由于 a 实际表示不同的类实例对象，因此 a.say() 调用的并不是同一个类中的 say() 方法，这就是多态。但是，仅仅学到这里，读者还无法领略 Python 类使用多态特性的精髓。其实，Python 在多态的基础上，衍生出了一种更灵活的编程机制。继续对上面的程序进行改写：

class WhoSay:
            def say(self,who):
                who.say()
        class CLanguage:
            def say(self):
                print("调用的是 Clanguage 类的say方法")
        class CPython(CLanguage):
            def say(self):
                print("调用的是 CPython 类的say方法")
        class CLinux(CLanguage):
            def say(self):
                print("调用的是 CLinux 类的say方法")
        a = WhoSay()
        #调用 CLanguage 类的 say() 方法
        a.say(CLanguage())
        #调用 CPython 类的 say() 方法
        a.say(CPython())
        #调用 CLinux 类的 say() 方法
        a.say(CLinux())

此程序中，通过给 WhoSay 类中的 say() 函数添加一个 who 参数，其内部利用传入的 who 调用 say() 方法。这意味着，当调用 WhoSay 类中的 say() 方法时，我们传给 who 参数的是哪个类的实例对象，它就会调用那个类中的 say() 方法。在其它教程中，Python 这种由多态衍生出的更灵活的编程机制，又称为“鸭子模型”或“鸭子类型”。

### 枚举类 ###

一些具有特殊含义的类，其实例化对象的个数往往是固定的，比如用一个类表示月份，则该类的实例对象最多有 12 个；再比如用一个类表示季节，则该类的实例化对象最多有 4 个。

针对这种特殊的类，Python 3.4 中新增加了 Enum 枚举类。也就是说，对于这些实例化对象个数固定的类，可以用枚举类来定义。

例如，下面程序演示了如何定义一个枚举类：

from enum import Enum
        class Color(Enum):
            # 为序列值指定value值
            red = 1
            green = 2
            blue = 3

如果想将一个类定义为枚举类，只需要令其继承自 enum 模块中的 Enum 类即可。例如在上面程序中，Color 类继承自 Enum 类，则证明这是一个枚举类。

在 Color 枚举类中，red、green、blue 都是该类的成员（可以理解为是类变量）。注意，枚举类的每个成员都由 2 部分组成，分别为 name 和 value，其中 name 属性值为该枚举值的变量名（如 red），value 代表该枚举值的序号（序号通常从 1 开始）。

和普通类的用法不同，枚举类不能用来实例化对象，但这并不妨碍我们访问枚举类中的成员。访问枚举类成员的方式有多种，例如以 Color 枚举类为例，在其基础上添加如下代码：

#调用枚举成员的 3 种方式
        print(Color.red)
    
        print(Color['red'])
    
        print(Color(1))
    
        #调取枚举成员中的 value 和 name
        print(Color.red.value)
        print(Color.red.name)
    
        #遍历枚举类中所有成员
        for color in Color:
            print(color)

枚举类成员之间不能比较大小，但可以用 == 或者 is 进行比较是否相等，例如：

print(Color.red == Color.green)
        print(Color.red.name is Color.green.name)

需要注意的是，枚举类中各个成员的值，不能在类的外部做任何修改，也就是说枚举类是只读, 除此之外，该枚举类还提供了一个 \_\_members\_\_ 属性，该属性是一个包含枚举类中所有成员的字典，通过遍历该属性，也可以访问枚举类中的各个成员。例如：

for name,member in Color.__members__.items():
            print(name,"->",member)

Python 枚举类中各个成员必须保证 name 互不相同，但 value 可以相同，举个例子：

from enum import Enum
        class Color(Enum):
            # 为序列值指定value值
            red = 1
            green = 1
            blue = 3
        print(Color['green'])

可以看到，Color 枚举类中 red 和 green 具有相同的值（都是 1），Python 允许这种情况的发生，它会将 green 当做是 red 的别名，因此当访问 green 成员时，最终输出的是 red。

在实际编程过程中，如果想避免发生这种情况，可以借助 @unique 装饰器，这样当枚举类中出现相同值的成员时，程序会报 ValueError 错误。例如：

#引入 unique
        from enum import Enum,unique
        #添加 unique 装饰器
        @unique
        class Color(Enum):
            # 为序列值指定value值
            red = 1
            green = 1
            blue = 3
        print(Color['green'])

运行程序会报错：`ValueError: duplicate values found in <enum 'Color'>: green -> red`\`

除了通过继承 Enum 类的方法创建枚举类，还可以使用 Enum() 函数创建枚举类。例如：

from enum import Enum
        #创建一个枚举类
        Color = Enum("Color",('red','green','blue'))
        #调用枚举成员的 3 种方式
        print(Color.red)
        print(Color['red'])
        print(Color(1))
    
        #调取枚举成员中的 value 和 name
        print(Color.red.value)
        print(Color.red.name)
    
        #遍历枚举类中所有成员的
        for color in Color:
            print(color)

Enum() 函数可接受 2 个参数，第一个用于指定枚举类的类名，第二个参数用于指定枚举类中的多个成员。如上所示，仅通过一行代码，即创建了一个和前面的 Color 类相同的枚举类。

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