21. 面向对象及特性

逃离我推掉我的手 2024-03-24 00:00 18阅读 0赞

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Hi，大家好。我是茶桁。

今天开始，我们要迈向Python的另外一个台阶了，那就是面向对象。

面向对象编程（Object Oriented Programming)，简称为OOP，是一种**以对象为中心**的程序设计思想。

与之相对的，就是面向过程编程（Procedure Oriented Programming), 简称为POP, 是一种**以过程为中心**的程序设计思想。

### 面向对象和面向过程 ###

接下来，让我们先了解一下这两个编程思想到底有什么不同。还记得咱们之前讲过宋丹丹老师小品里的经典的「把大象装进冰箱分几步」吗？小品给出的答案是三步对吧？

1.  第一步：打开冰箱门
2.  第二步：把大象装进去
3.  第三步：关上冰箱门

#### 设计思想的不同 ####

那么这个答案，就是一种面向过程的思维，遇到问题之后，分析解决问题的步骤，然后一步步的去实现。

那么如果是面向对象的话，又该如何去做？

面向对象是通过分析问题中需要的抽象模型，然后根据需要的功能分别去创建模型对象，最终由模型对象来完成程序。那这个「把大象装进冰箱分几步」的问题我们该如何去考虑呢？

首先，面向对象要解决这个问题，需要先建立出抽象模型，比如：

*  打开冰箱门和关闭冰箱门，这都属于一个冰箱的功能，
 *  大象走进去，这就是大象的功能。
 *  到此时我们就出现了**两个抽象模型，一个是冰箱，一个是大象**。

冰箱具有 打开和关闭的功能，大象具有走路的能力。

分析到这里，就是面向对象的思想，具体完成的话，就是去创建冰箱和大象这两个对象，最终完成这个程序

冰箱对象-开门，大象对象-走进冰箱，冰箱对象-关门

这个问题解决了，我们再来思考一个新的问题：「想吃清蒸鱼怎么办？」

当然是按照做菜的顺序一步一步来对吧？**这就是典型的面向过程思维：**

1.  买鱼，买料
2.  杀鱼和清理，并且腌制
3.  锅里烧水
4.  把鱼放进去，开始蒸鱼。
5.  十分钟后开盖，把鱼端出来，然后浇汁。

这样，一步一步的完成这个愿望，就是面向过程所作的事情。

**轮到面向对象，又该如何呢？**

*  需要一个对象：大厨。
 *  告诉大厨，我想吃清蒸鱼。

那么大厨呢，有可能是我们自己训练的，也有可能是其他五星酒店挖过来的。不管如何，这是一个已经完善建立好的对象，我们直接拿来用就可以了。面向对象呢，就是这样寻找具体的对象去解决问题。对于我们来说，调用了对象，而对象完成了这个过程。

当然，具体大厨这个对象里肯定还是一步一步的去完成过程，也就是说，最终面向对象中是由面向过程的体现的。但是思维方式，也就是设计思想是完全不同的。

#### 优缺点 ####

既然有不同之处，那必然是有优缺点的。因为有对比嘛。面向过程有其优点，当然，面向对象也有其缺点。

面向过程的核心是过程，过程就是指几觉问题的步骤。其优缺点非常明显：

*  优点： 将负责的问题流程化，进而实现简答。
 *  缺点： 扩展性差（更新、维护、迭代）

而面向对象的核心是对象，是一个特征和功能的综合体，其优缺点如下：

*  优点：可扩展性高
 *  缺点：编程复杂度相对面向过程高一些，这里的复杂度指的是计算机在执行面向对象的程序时性能表现一般。

那总结起来呢，在去完成一些简单的程序时，可以使用面向过程去解决。但是如果有复杂的程序或任务，而且需要不断的进行迭代和维护，那么肯定是优先选择面向对象的编程思想

#### 如何学习面向对象编程 ####

那我们后面**如何去学习面向对象编程**呢？其实就两步：

1.  学习面向对象编程的思想
2.  学习面向对象编程的语法

这两步中，其实难的是第一步，学习面向对象编程的思想。

不管如何，什么事情都需要有个开头，那我们就从类和对象的基本概念开始好了。

#### 认识类与对象 ####

类： 类是对象的一个抽象的概念

对象（实例）：对象就是由类创建的实例

那么这两者的关系其实就是「模具和铸件」之间的关系。

1.  类是由对象总结而来的，总结的这个过程叫做抽象。
2.  对象是由类具体实施出来的，这个过程叫做实例化。

是不是听着有些迷糊了？这里我们还是用实际例子来解释一下的好，我们思考下面的问题：

*  水果是一个对象还是一个类？
 *  汽车是一个对象还是一个类？
 *  手机是一个对象还是一个类？

我们在说水果的时候，你能想到什么？香蕉、苹果、西瓜、榴莲等等。对吧？那我们想了这么多不一样的东西，是不是这些所有的都称为是「水果」？那么我们将这些内容都叫做水果的过程就称为「归类」的过程。这个「水果」就是一个类，刚才我们总结的这个过程就叫做抽象，我们想到的香蕉、苹果…等等，就是对象。

汽车其实是一个概念，你能想到什么？奔驰、野马、奥迪、别摸我？那我们见过的车，就会在我们脑海中浮现，而这些具体的车总结出来一个类的过程就是「抽象的过程」，我们最后总结出来的「汽车」就是一个类。那些在我们脑海里浮现的具体的汽车，就是对象。

单我们去开车上班的时候，那么我们就是应用一个具体的对象去发生特定的功能。

再来想一个问题，我现在给大家写这个教程，用的是Macbook Pro，那么请问我当前正在使用的这个MBP是对象还是一个类？

MBP的特征：金属外壳，优美的外观。

MBP的功能：给大家写教程，编辑代码，听音乐，作曲，画画…

当我描述了这么多之后，这个MBP到底是一个类还是一个对象？

### 面向对象的基本实现 ###

如果我们需要实例一个对象，那么我们就需要先抽象一个类。

举了栗子：

我们现在需要创建一个汽车，或者千千万万个汽车用于销售。那在这之前我们要做什么？

首先，我们需要抽象一个汽车类，也就是我们要在一个设计图纸上设计处这个汽车。

然后，我们由这个设计图纸去创建（实例）出来的真实汽车就是一个对象。

那么接下来，就让我们具体到代码里去实现看看。

还记得我们之前介绍的怎么去创建一个类嘛？有没有小伙伴还记得？

# 定义一个汽车的类
    class Cart():
        pass

没错，就是使用`class`关键字来定义一个类。其书写规范如下：

'''
    类名的书写规范，建议使用驼峰命名法
        大驼峰：MyCar ChaHeng
        小驼峰：myCar chaHeng
    '''

那么我们在类里需要声明些什么内容呢？一个类需要有「特征」和「功能」两个内容组成：

*  特征就是一个描述：颜色：黑色， 品牌：野马，排量：2.4…； 特征在编程中就是**一个变量**，在类中称为属性
 *  功能就是某一项能力： 拉货，代步，上班…； 功能在编程中就是**一个函数**，在类中称为方法

在类中，属性一般定义在前面，方法定义在后面。

# 定义一个汽车的类
    class Car():
        # 属性 => 特征 => 变量
        color = 'black' # 表示颜色属性
        brand = 'mustang' #表示品牌属性
        displacement = 2.4 # 表示排量属性
    
        # 方法 => 功能 => 函数
        def pulling(self):
            print('小汽车能拉货。')
    
        def rode(self):
            print('小汽车能代步。')
    
        def onDuty(self):
            print('小汽车能上班。')

现在，我们拥有了一个具体的类，里面包含了特征和功能。那么我们如何通过类实例化对象并最终使用它们呢？

很简单，将其赋值给一个具体的变量就可以了，比如，我们现在去4S店实际购买一个野马汽车：

# 实例化一个对象
    buyNewCar = Car()

这样，就简单的实例化了一个购买的新车，让我们查看一下它的类别和各项属性：

print(buyNewCar, type(buyNewCar))
    
    # 查看对象的品牌
    print(buyNewCar.brand)
    
    # 调用对象的方法
    buyNewCar.rode()
    
    ---
    <__main__.Car object at 0x105e6fbb0> <class '__main__.Car'>
    mustang
    小汽车能代步。。

这样，我们就能看到这个对象是由类`Car`实例化得来的。并且查看到了品牌属性，试用了一下其“代步”这个功能。

#### 成员属性和方法的操作 ####

一个对象通过实例化之后，在类中定义的属性和方法，可以使用实例化的对象进行操作。

类中定义的属性也称为成员属性，类中定义的方法，也称为成员方法。

我们直接拿之前定义的类来实例化两个对象观察一下：

a = Car()
    b = Car()
    print(a)
    print(b)
    
    ---
    <__main__.Car object at 0x105d37190>
    <__main__.Car object at 0x105d36fe0>

我们来看，`a,b`分别实例化之后，我们将其打印出来。看到两个对象都是通过`Car`来实例化的，但是后面不同。就是说，这两者在实例化之后，完全就是两个不同的对象。那我们可以这么说，**一个类可以实例化处多个对象。**

##### 对象的成员操作 #####

在类的外部，使用对象操作成员，比如，我们可以通过对象访问类中的属性：

res = a.color
    print(res)
    
    ---
    black

还可以通过对象访问类中的方法：

a.rode()
    
    ---
    小汽车能代步。

那除了访问，我们是否可以对其进行修改呢？来看看：

a.color = 'red'
    res = a.color
    print(res)
    
    ---
    red

可以看到，我们修改了对象的属性。那么，这个时候我们另外一个实例化对象`b`里是什么情况？

print(b.color)
    
    ---
    black

依然还是`black`，并未收到`a`内属性变化的影响。

也就是说，我们操作单个对象进行属性修改，并不影响最初的类，也不会影响同一个类实例化出来的其他对象。

我们还可以给对象添加本来没有的属性来丰富这个对象：

a.name = 'AE86'
    print(a.name)
    
    ---
    AE86

同样的，我们对单个对象进行的操作，一样不会影响原本的类以及其他实例化对象：

print(b.name)
    
    ---
    AttributeError: 'Car' object has no attribute 'name'

不出所料的报错了，错误类型为属性错误。告知我们并没有`name`这个属性。

好，再让我们来看看删除这个动作。我们就直接删除`a`对象刚创建的`name`:

print(a.name)
    del a.name
    print(a.name)
    
    ---
    AE86
    AttributeError: 'Car' object has no attribute 'name'

程序显示打印了一次`name`的值，说明我们能正常获取，然后删除`a`对象中的这个属性，然后再打印来看，警告我们`AttributeError`类型错误。说明，这个时候的`name`已经不存在了。

好，让我们删除`a`继承下来的属性`brand`,不过这次为了让后续程序还能正常运行，我们使用`try`来捕获一下错误。

try:
        del a.brand
    except AttributeError as e:
        print('AttributeError:', e)
    
    print('a.brand: ', a.brand)
    
    ---
    AttributeError: brand
    a.brand:  mustang

可以看到，我们在执行删除`a.brand`的时候报错了，后面打印的结果也证明了`a.brand`这个属性还存在，可以被打印出来。

那么问题来了，为什么之前的`a.name`可以被删除，而`a.brand`不行？这两个属性到底有什么区别？

其实，单我们执行删除一个对象的属性时，只能删除当前这个对象自己的属性才可以。而我们执行的操作中，`brand`并不是`a`自己的属性，而是属于`Car`这个类的。因为无法进行删除。

`a.name`则不一样，是单独在`a`对象内创建的属性，因此可以删除。

访问成员属性，会先访问对象自己的属性，如果没有，则去访问这个对象的类的属性。

修改对象的属性值时，实际上等于给这个对象创建了一个对象自己的属性。

添加对象的属性，是给对象创建了自己独有的属性。

删除属性，只能删除这个对象自己的属性，包括给对象添加的和修改的。

接着，我们来看看在类的外部，操作对象的方法。

访问对象的方法：实际上如果这个对象没有自己独立的方法，那么会访问这个对象的类的方法。

a.rode()
    
    ---
    小汽车能代步

我们来进行修改对象的方法：给这个对象的方法重新定义：

def func():
        print('这里是重新定义的一个方法')
    
    a.rode = func
    a.rode()
    
    ---
    这里是重新定义的一个方法

这样，我们就完成了方法的重新定义。

访问、修改之后，我们能不能给对象添加新的方法呢？

a.func2 = func
    a.func2()
    
    ---
    这里是重新定义的一个方法

看来也是可以的，我们现在给这个对象自己新创建了一个方法。

来，删除一下方法试试：

del a.func2

并未报错，我们继续执行下试试：

a.func2()
    
    ---
    AttributeError: 'Car' object has no attribute 'func2'

看报错，说明我们删除成功了。

方法实际上和属性一样，我们可以删除对象自己的方法，但是无法删除对象的类的方法。

至此，我们可以总结如下：

一个类定义类成员属性和成员方法，那么通过这个类实例化的对象，也具备了这些方法和属性。

实际上，创建对象的时候，并不会把类中的属性的属性和方法复制一份给对象，而是在对象中应用父类的方法。因此在访问对象的属性时，会先去找对象自己的属性，如果没有就去找这个类的属性和方法。

一个对象由类创建以后，是一个独立的对象，会应用父类中的属性和方法。如果在对象创建后，给对象的属性或方法，进行修改或添加，那么此时等于给这个对象创建了一个自己的属性和方法。所以在删除时，只能删除对象呗修改或添加的成员。

除了在类的实例化对象中对类的成员进行操作之外，我们还可以直接在类上进行操作。比如，我们可以执行下列操作：

Car.brand = 'BMW'

那现在提一个问题，在原始类的成员修改之后，这个类创建的实例化对象会如何？

print(a.brand) # 先执行一次打印，原始属性
    Car.brand = 'BMW'
    b = Car() # 新创建一个实例化对象
    print(b.brand) # 打印新创建的对象的属性
    print(a.brand) # 打印修改之前创建的对象的属性
    
    ---
    mustang
    BMW
    BMW

很明显，我们直接在类上进行操作修改成员之后，不管是hi新创建的实例化对象，还是早已存在的实例化对象，其中的成员属性都被修改了。删除和新加都遵循着这样一个特性。

对成员属性和方法的操作，我们也就可以总结成两种，一是「对象操作成员」， 一种是「类操作成员」。当然，由于类修改后会影响具体的实例化对象，所以并不推荐这么去做。

##### 对象操作成员 #####

成员属性：
      访问：  对象.成员属性名
      修改：  对象.成员属性名法 = 新值。（此时等于给这个对象创建了一个自己的属性）
      添加：  对象.新成员属性 = 值 (此时是给这个对象自己新建了一个属性)
      删除：  del 对象.成员属性 (注意：只能删除这个对象自己的属性)
      
    成员方法：
      访问：  对象.成员方法名()
      修改：  对象.成员方法名 = func（此时等于给这个对象创建了一个自己的方法）
      添加：  对象.方法名 = func (此时是给这个对象自己新建了一个方法)
      删除：  del 对象.方法名 (注意：只能删除这个对象自己的方法)

##### 类操作成员（不推荐） #####

成员属性：
      访问：  类名.成员属性名
      修改：  类名.成员属性名法 = 新值。（此时通过这个类创建的对象都具有这个属性）
      添加：  类名.新成员属性 = 值 (此时通过这个类创建的对象都具有这个属性)
      删除：  del 类名.成员属性 (注意：删除这个类的属性后，这个类创建的对象也没有这几个属性了)
      
    成员方法：
      访问：  类名.成员方法名()
      修改：  类名.成员方法名 = func（此时通过类创建的对象都被修改）
      添加：  类名.方法名 = func (此时通过类创建的对象都被修改)
      删除：  del 类名.方法名 (注意：此时通过类创建的对象都被修改)

**最终总结一下如下：**

*  一个类可以实例化出多个对象，每个对象在内存中都独立存在的
 *  当通过类实例化对象时，并不会把类中的成员复制一份给对象，而去给对象了一个引用
 *  访问对象成员的时候，如果对象自己没有这个成员，对象会向实例化它的类去查找
 *  对象成员的添加和修改，都只会影响当前对象自己，不会影响类和其它对象
 *  删除对象的成员时，必须是该对象自己具备的成员才可以，不能删除类中引用的成员
 *  对类的成员操作，会影响通过这个类创建的对象，包括之前创建的。

#### 成员方法中的`self` ####

`self`在方法中只是一个形参，并不是关键字。从它本身的意义上来说，是可以用其他的关键字去替换的，但是长久以来的惯例大家都一直在使用`self`。

其作为英文单词的本意是：自己。那么在类的方法中则代表的是「当前这个对象」。不太明白？让我们来看一个实际的例子：

让我们先定义一个「Person」类，然后实例化一个「张三」：

# 定义人
    class Person():
        # 成员属性
        name = 'name'
        age = 0
        sex = 'sex'
    
        # 成员方法
        def sing(self):
            print('会唱歌')
        
        def dance(self):
            print('会跳舞')
    
        def rap(self):
            print('会饶舌')
    
    
    # 实例化对象
    zs = Person()
    print(zs.name)
    
    ---
    name

成功打印出了`name`， 说明我们成功实例化了。

通过实例化的对象，我们可以在类的外部去访问成员属性和成员方法。（对象.成员）。

同样的，我们其实也可以在类的内部去访问成员属性和成员方法。让我们做一个实验，来说明一下`self`到底是什么：

# 定义人
    class Person():
        # 成员属性
        ...
        # 成员方法
        ...
        def func(self):
            print(self)
    
    # 实例化对象
    zs = Person()
    # print(zs.name)
    print(zs)
    zs.func()
    
    ---
    <__main__.Person object at 0x10a048c10>
    <__main__.Person object at 0x10a048c10>

我们修改了这个类，在内部创建了一个方法`func(self)`， 然后打印了`self`这个参数。

然后我们在外面打印了实例化的`zs`，还通过这个具体的实例化对象执行了类内部的`func`方法。实际上就是打印了一下此刻的`self`。可以看到，两个打印结果完全一样，那说明，这两者本身就是一个东西。

`self`代表调用这个方法的对象，谁调用了这个方法，`self`就代表的是谁。`self`就可以在类的内部代替对象进行各种操作。

我们通过`self`来进行的操作，其实完全就是实例化的对象所作的操作。我们在类中修改`func`这个方法，让其打印`name`， 修改`name`， 调用方法`rap`来试试看：

# 定义人
    class Person():
        # 成员属性
        ...
    
        # 成员方法
        ...
        def func(self):
            print(self)
            print(self.name)
            self.name = '茶桁'
            print(self.name)
            self.rap()
    
    # 实例化对象
    zs = Person()
    zs.name = "张三"
    zs.func() 
    
    ---
    <__main__.Person object at 0x10a06bf40>
    张三
    茶桁
    会饶舌

我们就可以很清晰的看到`self`代表的含义，谁调用，`self`就代表谁。也就是说，只要是对象能干的事情，`self`就可以代表对象去完成，比如成员的添加、删除、更新、访问、调用等等。

我们再来修改一下类里的方法，让其更清晰的显示这个特性：

# 定义人
    class Person():
        # 成员属性
        name = 'name'
        ...
    
        # 成员方法
        ...
        def rap(self):
            print(f'我是{
          self.name}, 我会饶舌')
    
        def func(self):
           ...
            self.rap()
    
    # 实例化对象
    zs = Person()
    zs.name = "张三"
    zs.func() 
    
    ---
    我是张三, 我会饶舌

在类中，我们修改了一下`rap`方法，让其调用`self.name`， 在类被定义的时候，这个类中的`name`是被赋值为`name`的。然后，我们在`func`方法中调用了一下`self.rap()`, 我们对其进行实例化一个对象`zs`，并且在这个实例中对`name`进行了重新赋值`张三`, 接着，调用了实例化对象中的`func()`方法。

我们清晰的看到，`func()`调用了`self.rap()`，然后将`张三`打印在了屏幕上。充分说明了，这个时候的`self`代表的就是调用它的`zs`这个实例化对象。

我们直接调用类中的方法试试看：

Person.func()
    
    ---
    TypeError: Person.func() missing 1 required positional argument: 'self'

我们收到了报错，被告知缺少必须的位置参数`self`。

好，那让我们再来做两个实验，第一个实验中，我们测试一下如果在类中的方法没有使用`self`接受参数会怎样：

class Person():
        def func():
            print('我是一个没有`self`的方法。')
    
    Person.func()
    
    a = Person()
    a.func()
    
    ---
    我是一个没有`self`的方法。
    TypeError: Person.func() takes 0 positional arguments but 1 was given

可以看到，我们可以使用类直接调用这个方法有效，但是我们创建一个实例化对象之后，利用实例化对象去调用则会报错。这个是因为，我们在用实例化对象去调用类中的方法的时候会传入一个参数。但是现在类中的`func()`方法并没有可以接受的参数，那么必定会报错。

第二个实验，我们试试不用`self`，而是其他的参数是否可以成功：

class Person():
        def func(vars):
            print(f'我是{
          vars.name}, 我使用了vars来接受参数。')
    
    a = Person()
    a.name = 'admin'
    a.func()
    
    ---
    我是admin, 我使用了vars来接受参数。

可以看到，完全没有问题。也就是说，用实例化对象调用类中的方法时，是一定会将自己作为一个参数传给这个方法，需要一个具体的参数去接受。而参数的名称是什么则无所谓，只是大家在习惯上都是用`self`。区别如下：

*  含有`self`或者可以接受对象作为参数的方法： 非绑定类方法
 *  不含`self`或者不能接受对象作为参数的方法：绑定类方法

非绑定类方法，可以使用对象去访问, 绑定类方法，只能通过类去访问。

#### 魔术方法 ####

魔术方法是什么呢？

魔术方法也和普通方法一样都是类中定义的成员方法。这是一种不需要去手动调用的，在某种情况下，自动触发（自动执行）的方法。魔术方法特殊就特殊在定义的时候，多数的魔术方法 前后都有两个连续的下划线。但是切记，这个方法并不是我们自己定义的，而是系统定义好的，我们来使用而已。

##### `__init__` 初始化方法 #####

这个初始化方法是在通过类实例化对象之后，自动触发的一个方法。

class Person():
        name = None
        age = None
        sex = None
    
        # 初始化方法
        def __init__(self):
            print('我是一个初始化方法。')
    
        # 成员方法
        def say(self):
            print('大家好，我是茶桁。')
    
    # 实例化对象
    zs = Person()
    
    ---
    我是一个初始化方法。

注意到了么？我们仅仅是实例化的对象而已，并没有进行任何调用，初始化方法就执行了一遍。那么，我们可以得到下面这些内容：

*  `__init__` 触发机制： 在通过类实例化对象后，自动触发的一个方法
 *  作用：可以在对象实例化之后完成对象的初始化（属性的复制，方法的调用）。
 *  应用场景：文件的打开，数据的获取。 干活之前，做好一些准备工作。

以下，我们改造一下这个类，然后再实例化的时候多做一些动作：

class Person():
        name = None
        age = None
        sex = None
    
        # 初始化方法
        def __init__(self,name,age, sex):
            print('我是一个初始化方法。')
            # 完成对象属性的初始化赋值
            self.name = name
            self.age = age
            self.sex = sex
    
        # 成员方法
        def say(self):
            print('大家好，我是茶桁。')
    
    # 实例化对象
    zs = Person('张三', 41, 'male')
    print(f'我叫{
          zs.name}, 我今年{
          zs.age}岁，性别:{
          zs.sex}')
    
    ---
    我是一个初始化方法。
    我叫张三, 我今年41岁，性别:male

当然，我们还可以再初始化方法中调用`say`方法，完成自我介绍：

def __init__(self, name, age, sex):
      ...
      self.say()
      
    def say(self):
      print(f'打击好，我是{
          self.name}。')

##### `__del__`： 析构方法 #####

和初始化方法一样，我们直接来解析一下这个方法的触发机制，作用以及注意点。

*  触发机制： 析构方法方法会在对象被销毁时自动触发。
 *  作用：关闭一些开发的资源
 *  注意：对象被销毁时触发了析构方法，而不是析构方法销毁了对象。

我们还是从代码里来观察这个方法。

我们来定义一个类，完成一个日志的记录，调用这个对象的时候，传递一个日志信息。这个对象会创建一个文件，开始写入，并在最后关闭这个文件。

import time
    class writeLog():
        # 成员属性
        # 文件的路径
        fileurl = './data'
        # 日志文件的名称
        filename = str(time.strftime('%Y-%m-%d'))+'.log'
        # 初始化 打开文件
        def __init__(self):
            # 完成文件的打开
            print('初始化方法触发类，完成文件的打开')
            self.fileobj = open(self.fileurl+self.filename, 'a+', encoding='utf-8')
    
        # 写日志的方法
        def log(self,s):
            print(f'把日志{
          s}写入到文件中')
    
        # 析构方法
        def __del__(self):
            print('析构方法触发了，关闭打开的文件')
            # 在对象被销毁时，关闭在初始化方法中打开的文件对象
            self.fileobj.close()
    
    l = writeLog()
    l.log('today is good day.')
    del l
    
    ---
    初始化方法触发类，完成文件的打开
    把日志today is good day.写入到文件中
    析构方法触发了，关闭打开的文件

这段代码中，我们实例化了`writeLog()`类，调用了初始化方法。在方法中我们打开了文件，因为我用的是变量创建，所以不一定是什么文件。当前我操作的文件为`2023-08-16.log`。

然后我们调用`l.log()`， 也就是实例化对象中的`log`方法来对该文件写入一段日志内容：`today is good day.`， 在执行之后，我们又使用了`del l`来销毁这个实例。在销毁实例的时候，就会调用`__del__`方法来执行其中的方法。

那么对象会在什么情况下被销毁呢？

1.  当程序执行完毕，内存中所有的资源都会被销毁释放
2.  使用 del 删除时
3.  对象没有被引用时，会自动销毁

### 面向对象的三大特性 ###

面向对象有三大特性，分别是「封装、继承、多态」， 那么它们具体都是什么呢？下面让我们分别来解释。

#### 封装 ####

封装，就是使用特殊的语法，对成员属性和成员方法进行包装，达到保护和隐藏的目的。就像我们送礼的时候，会找东西把礼物包起来一样。

但是一定注意，不能把成员全部封装死，就失去意义了。就好比我们买的笔记本电脑，无论如何都会给你留下一些接口的，比如说电源接口，USB接口等等。只有有了这些接口，我们才能插上鼠标啊，移动硬盘等等来进行使用。

被封装的成员主要是供类的内部使用。被特殊语法封装的成员，会有不同的访问的权限。比如笔记本内的硬盘，内存等等，这些并不是不让你使用，而是提供给笔记本本身使用，我们可以操作笔记本电脑来达到间接使用它们的目的。

封装分为了几个不同的级别，一般情况下有三种：

公有的 public

受保护的 protected

私有的 private

被特殊语法封装的成员，会有不同的访问权限。

class Person():
        # 成员属性
        name = None
        age = None
        sex = None
    
        # 初始化方法
        def __init__(self, name, age, sex):
            self.name = name
            self.age = age
            self.sex = sex
    
        # 成员方法
        def say(self):
            print('talk about life.')
        
        def sing(self):
            print('sing a song.')
    
        def kiss(self):
            print('come on...')
    
    # 实例化对象
    zs = Person('张三', 49, 'male')
    
    # 查看对象的所有成员
    
    print(Person.__dict__) # 获取当前类的所有成员信息
    print(zs.__dict__) # 获取当前对象的所有成员信息
    
    # 我们也可以直接访问对象所有的方法
    print(zs.name)
    zs.kiss()
    
    ---
    {
        '__module__': '__main__', 'name': None, 'age': None, 'sex': None, '__init__': <function Person.__init__ at 0x111a355a0>, 'say': <function Person.say at 0x111a35750>, 'sing': <function Person.sing at 0x111a357e0>, 'kiss': <function Person.kiss at 0x111a35870>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Person' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Person' objects>, '__doc__': None}
    {
        'name': '张三', 'age': 49, 'sex': 'male'}
    张三
    come on...

在整段代码中，我们实例化对象的时候，基本可以访问`Person`类中所有的成员。我们说定义的属性和方法，都可以无障碍访问。那么，我们现在说定义的这些成员，就都是`Public`级别。

现在想象一个场景，我们走在美国街头上，遇到一个美女，然后我们上前询问人家的年龄，大多数时候我们得不到想要的答案。而如果我们上去询问性别（现在知道为什么我要设定为美国街头了吧？），我估计这个就是保密的了吧，有可能一种情况就是当事人在当时的情况下，自己都不知道自己是什么性别。

那这个时候，我们就需要改写一下这段代码了, 改写之前，我们需要理解一下`Python`中不同级别成员的定义方式，分别为：

*  `str` => 公共的
 *  `_str` => 受保护的（约定俗成，在Python中没有具体实现）
 *  `__str` => 私有的。

在了解了定义方法之后，我们可以着手来做实验了：

class Person():
        # 成员属性
        name = None
        _age = None # 这是一个protected 成员属性
        __sex = None # 这是一个 private 成员属性
    
        # 初始化方法
        def __init__(self, name, age, sex):
            self.name = name
            self._age = age
            self.__sex = sex
    
        # 成员方法
        def say(self):
            print('talk about life.')
        
        def _sing(self): # 这是一个protected 成员方法
            print('sing a song.')
    
        def __kiss(self): # 这是一个private 成员方法
            print('come on...')
    
    # 实例化对象
    zs = Person('张三', 49, 'male')
    
    # 查看对象的所有成员
    
    print(Person.__dict__) # 获取当前类的所有成员信息
    print(zs.__dict__) # 获取当前对象的所有成员信息
    
    ---
    {
        '__module__': '__main__', 'name': None, '_age': None, '_Person__sex': None, '__init__': <function Person.__init__ at 0x111f99630>, 'say': <function Person.say at 0x111f996c0>, 'sing': <function Person.sing at 0x111f99870>, 'kiss': <function Person.kiss at 0x111f99c60>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Person' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Person' objects>, '__doc__': None}
    {
        'name': '张三', '_age': 49, '_Person__sex': 'male'}

可以看到，我们调用实例化方法得到的结果已经和之前有所不同了。最终拿到的`__sex`成员属性是属于类的。

现在让我们逐一来调用一下：

print(zs._age)
    print(zs.__sex)
    
    ---
    49
    AttributeError: 'Person' object has no attribute '__sex'

可以看到，`_age`作为受保护的成员属性可以调用，但是`__sex`作为私有成员属性则不允许。

> 实际上，受保护的成员属性也是不能调用的，但是Python中因为没有具体实现，所以唯独在Python中可以调用。

zs._sing()
    zs.__kiss()
    
    ---
    sing a song.
    AttributeError: 'Person' object has no attribute '__kiss'

那么，作为受保护的成员方法`_sing`被正常调用了，但是室友的成员方法`__kiss`调用的时候报错。看来和成员属性是一致的。

那么我们现在就可以总结如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>公有的(Public)</th> 
   <th>受保护的(Protected)</th> 
   <th>私有的(Private)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>在类的内部</td> 
   <td>可以访问</td> 
   <td>可以访问</td> 
   <td>可以访问</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>在类的外部</td> 
   <td>可以访问</td> 
   <td>不可以访问（Python中可以）</td> 
   <td>不可以访问</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

在实现上我们总结如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>公有的(Public)</th> 
   <th>受保护的(Protected)</th> 
   <th>私有的(Private)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>定义</td> 
   <td>默认定义的成员都属于公有成员</td> 
   <td>在成员名称前面加一个下划线 <code>_成员名称</code></td> 
   <td>在成员名称前面加两个下划线 <code>__成员名称</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>特征</td> 
   <td>公有的成员可以在任何位置进行访问和操作</td> 
   <td>受保护的成员和公有成员一样可以在任何位置进行访问，但是一般不要随便访问和操作受保护成员</td> 
   <td>私有的成员只能在当前类的内部去访问和操作，不能在类的外部进行操作</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**⚠️ 这里我们需要注意Python特殊的亮点：**

1.  在python中并没有实现受保护的封装，属于开发者的约定俗成。
2.  python中的私有化封装是通过改名策略实现的，并不是真正的私有化

#### 继承 ####

继承是什么？我们是不是经常听到「文化的继承，技艺的继承，衣钵的继承…」等等这些。

那计算机的继承又是什么？

在面向对象中，一个类去继承父类，那么这个类就拥有了父类中除了私有成员之外的所有成员，包括属性和方法。这个，就叫做继承。

在整个继承过程中，被其他类继承的类就称为「父类」， 也可以称为「基类」或者「超类」。那么继承其他类的类，就被称为「子类」， 也可以称为「派生类」。

那么我们继承又什么意义吗？继承的主要意义，就是为了提高代码的重用性，建立新的类与类的关系，方便其他逻辑的操作。

继承实现起来其实非常方便：

# 继承的语法格式
    class 父类():
        pass
    
    class 子类(父类):
        pass

我们直接看代码来理解，比如，我有如下定义：

# 定义猫科动物
    class Felidae():
        # 属性
        coatColor = 'orange' # 毛色
        sex = 'M' # 定义性别
    
        # 成员方法
        def run(self):
            print('轻盈的跳跃')
    
        def walk(self):
            print('走的猫步')
    
    # 定义猫
    class Cat():
        coatColor = ' white'
        sex = 'M' # 定义性别
    
        # 成员方法
        def run(self):
            print('轻盈的跳跃')
    
        def walk(self):
            print('走的猫步')

我们看，猫是不是也是属于猫科动物的一种动物？那么在猫科动物中定义的所有成员，其实在猫这边我也会有。不过这样重复定义是不是感觉特别繁琐？其实，我们在`Cat`中完全不需要再次输入这么多，完全可以这样写：

# 定义猫科动物
    class Felidae():
        # 属性
        coatColor = 'orange' # 毛色
        sex = 'M' # 定义性别
    
        # 成员方法
        def run(self):
            print('轻盈的跳跃')
    
        def walk(self):
            print('走的猫步')
    
    # 定义猫
    class Cat(Felidae):
        pass
    
    mimi = Cat()
    mimi.run()

这样，我在定义`Cat`的时候就完成了对`Felidae`的继承，然后我们实例化一个`Cat`,再调用这个实例化对象中的方法`run()`， 也就输出了原本是属于类`Felidae`中的`run()`方法。

我们再继承父类的时候，之类还可以写入自己独有的成员属性或方法。

class Cat(Felidae):
        size = 'small'
        def eat(self):
            print('吃猫粮。')
        pass
      
    mimi = Cat()
    mimi.run()
    print(mimi.size)
    mimi.eat()
    Felidae.eat()
    
    ---
    轻盈的跳跃
    small
    吃猫粮。
    
    AttributeError: type object 'Felidae' has no attribute 'eat'

我们定义`Cat`的时候，除了继承`Felidae`里的成员之外，还定义了一个`size`成员属性和一个`eat`成员方法。然后我们在实例化对象中进行调用，都正常运行。

这个时候我们反过来，使用父类`Felidae`来调用在之类`Cat`中定义的成员，则会报错。说明这个成员是独属于之类的。

我们不仅可以继承的时候进行扩展，还可以复写父类中的方法，使的它与父类方法产生差异化。其方法是在子类中将父类的方法重新定义一遍就可以了。

那有什么办法在我重写父类方法的时候，仍然可以调用父类方法吗？也是可以的，就是使用`super().父类方法名()`来进行操作：

# 定义猫科动物
    class Felidae():
        # 属性
        coatColor = 'orange' # 毛色
        sex = 'M' # 定义性别
    
        # 成员方法
        def run(self):
            print('轻盈的跳跃')
    
        def walk(self):
            print('走的猫步')
    
    # 定义猫
    class Cat(Felidae):
        size = 'small'
        def run(self):
            super().run()
            print('更加轻盈的跳跃。')
    
        def eat(self):
            print('吃猫粮。')
    
        pass
    
    mimi = Cat()
    mimi.run()
    
    ---
    轻盈的跳跃
    更加轻盈的跳跃。

我们可以看到，在子类中我们重写了父类中的`run`方法，但是由于我们在重写的时候在内部使用了`super().run()`。 所以父类中的方法被完全调用了一遍。

所以，我们目前可以总结**继承的特征**如下：

*  在不指定继承的父类时，所有类都继承自object类（系统提供） 了解
 *  子类继承了父类后，就拥有了父类中的所有成员包括魔术方法（除了私有成员）
 *  子类继承父类后，并不会把父类的成员复制给子类，而去引用
 *  子类继承父类后可以重写父类中的方法，叫做 重写
 *  子类重写父类的方法，依然可以使用`super().父类方法名()`的方式调用父类的方法
 *  子类中如果定义了父类中不存在的方法，称为对父类的扩展
 *  一个父类可以被多个子类继承，还可以存在 链式继承 。
    
     *  链式继承：A类继承了B类，B类继承了C类，C类继承了D类。。。

#### 单继承和多继承 ####

一个类只能继承一个父类的方式，就叫做单继承。如果一个类继承了多个父类的方式，就称为多继承。直接看例子，

class Person():
        print('人的样子。')
    
    class Chusheng():
        print('畜生的特性。')
    
    class Japanese(Person, Chusheng):
        pass
    
    c = Japanese()
    c
    
    ---
    人的样子。
    畜生的特性。

像代码中定义的`Japanese`类，同时继承了`Person`和`Chusheng`， 那这个，就属于多继承。我们来区分一下语法特征：

# 单继承
    class 父类():
      	pass
    
    class 子类(父类):
      	pass
      
    # 多继承
    class 父():
      	pass
      
    class 母():
      	pass
    
    class 子(父，母):
      	pass

在多继承的关系里，有一个有意思的部分，我们来看看：

class Tiger():
        def eat(self):
            print('大口撕咬食物...')
    
    class Cat():
        def eat(self):
            print('小口吞咽食物...')
    
    class C(Tiger, Cat):
        def eat(self):
            super().eat()
            print('到底该怎么吃？')
    
    # 实例化对象
    c = C()
    c.eat()

我们现在看到这段代码是一个多继承关系，我在`C`这个类中继承了`Tiger`和`Cat`两个类，并且复写了`eat()`这个方法。按道理来说，我们实例化`C`类之后，打印的结果一定是复写的结果。但是我们在`C`类的`eat`方法里还调用了`super().eat()`， 我们知道`super()`是调用一遍父类的方法。那么这里到底是调用`Tiger`里的`eat`方法，还是`Cat`里的`eat`方法呢？

让我们看打印结果：

---
    大口撕咬食物...
    到底该怎么吃？

打印结果有没有出乎你的意料？那么这个原因是什么呢？其实也不复杂，就是因为`Tiger`的调用在前面，`Cat`在后面。让我们重新改一下看看：

class Tiger():
        def eat(self):
            print('大口撕咬食物...')
    
    class Cat():
        def eat(self):
            print('小口吞咽食物...')
    
    class C(Cat,Tiger):
        def eat(self):
            super().eat()
            print('到底该怎么吃？')
    
    # 实例化对象
    c = C()
    c.eat()
    
    ---
    小口吞咽食物...
    到底该怎么吃？

这就证实了，谁在前面就调用谁的方法。

#### 菱形继承（钻石继承） ####

先来看一个图形：

A
      B   C
        D

那我们先有一个`A`类，下面有`B`和`C`类，再下面还有一个`D`类。

看图可能还是不太明白，它们之间的关系是这样的：`B`和`C`继承了`A`类，然后`D`又多继承了`B`和`C`。

那么这种继承关系就叫做菱形继承。

那么我们现在面临的一个问题就是：在这种菱形继承关系中，类与类是什么关系？`super()`调用时的顺序是怎样的？

# 菱形继承
    
    # 祖先
    class A():
        num = 111
        def eat(self):
            print('学着凭借本能寻找食物...')
    
    # 父亲
    class B(A):
        num = 222
        def eat(self):
            super().eat()
            print(super().num)
            print('进化了，学会大口吃肉。。。')
    
    # 母亲
    class C(A):
        num = 333
        def eat(self):
            super().eat()
            print(super().num)
            print('进化的另外一个分支，小口吞咽...')
    
    # 子
    class D(B, C):
        num = 444
        def eat(self):
            super().eat()
            print(super().num)
            print('居然退化了，又忘了怎么吃...')
    
    d = D()
    d.eat()
    
    ---
    学着凭借本能寻找食物...
    111
    进化的另外一个分支，小口吞咽...
    333
    进化了，学会大口吃肉。。。
    222
    居然退化了，又忘了怎么吃...

那么我们来看一下，究竟是怎样的一个顺序：

D.super() => B.super() =>C.super() => A.print() -> C.print() -> B.print() -> D.print()

上边这一段中，`=>`是继承关系，`->`是执行顺序。

好，那我们这个时候要清楚一个点是，我们使用的`d`这个实例化去执行的，那么在这所有的继承类中，`self`全部都是`c`这个实例化对象。让我们来看看到底是不是：

# 菱形继承
    
    # 祖先
    class A():
        num = 111
        def eat(self):
            print(self.num)
            print(self)
            print('学着凭借本能寻找食物...')
    
    # 父亲
    class B(A):
        num = 222
        def eat(self):
            print(self.num)
            print(self)
            super().eat()
            print(super().num)
            print('进化了，学会大口吃肉。。。')
    
    # 母亲
    class C(A):
        num = 333
        def eat(self):
            print(self.num)
            print(self)
            super().eat()
            print(super().num)
            print('进化的另外一个分支，小口吞咽...')
    
    # 子
    class D(B, C):
        num = 444
        def eat(self):
            super().eat()
            print(super().num)
            print('居然退化了，又忘了怎么吃...')
    
    d = D()
    d.eat()
    
    ---
    444
    <__main__.D object at 0x111b71540>
    444
    <__main__.D object at 0x111b71540>
    444
    <__main__.D object at 0x111b71540>
    学着凭借本能寻找食物...
    111
    进化的另外一个分支，小口吞咽...
    333
    进化了，学会大口吃肉。。。
    222
    居然退化了，又忘了怎么吃...

打印的结果证实了我们刚才的说法。

这个地方可能比较让人意外的是之前那个继承关系上，明明我`B`继承的是`A`， 怎么变成`C`了？我们来看看原因：

'''
    在定义类之后，程序会自动生成一个继承的列表MRO(Method Realtion Order)方法关系列表
    MRO列表生成原则：
    1. 子类永远在父类的前面
    2. 同一等级的类，按照之类中的继承顺序摆放
    3. 先之类，后父类的顺序原则，最终的类是系统提供的obejct类
    
    MRO的调用方法
    类名.mro()
    '''
    D.mro()
    
    ---
    [__main__.D, __main__.B, __main__.C, __main__.A, object]

`super`在调用时，并不是查找父类，而是去MRO列表上找上一个类。

`super`方法在调用时，会自动把当前`self`传入到上一级的类的方法中。

所以我们之前会呈现出`D=>B=>C=>A`的顺序。

看着有点晕是吧？别着急，我们接下来介绍一个方法，能很方便的看到类关系。

#### `issubclass()`类关系检测 ####

这个方法是检测一个类是否是另一个类的之类的方法。用起来也非常简单：

res = issubclass(D, B)
    print(res)
    res = issubclass(D, C)
    print(res)
    res = issubclass(D, A)
    print(res)
    res = issubclass(A, D)
    print(res)
    
    ---
    True
    True
    True
    False

#### 多态 ####

对于同一个方法，由于调用的对象不同，产生了不同形态的结果。这个就叫做多态。

比如说，我们现在的电脑上有一个USB接口，那么这个接口在接入不同的设备的时候，产生的结果也是不一样的。插入鼠标，我们可以点击。插入键盘我们可以输入，插入U盘呢，我们可以读取。对吧？对于这个USB接口来说。就属于多态。

好的，让我们来实现一下，直接看代码：

# 定义电脑类
    class Computer():
        # 在电脑类中定义一个 sub 的规范的接口 方法
        def usb(self,obj):
            obj.start()
    
    # 定义鼠标类
    class Mouse():
        def start(self):
            print('鼠标启动成功，可以双击单击嗨起来。。。')
    
    # 定义键盘类
    class KeyBord():
        def start(self):
            print('键盘启动成功了，赶紧输入666。。。')
    
    # 定义 U盘 类
    class Udisk():
        def start(self):
            print('U盘启动了，赶紧检查一下我的种子还在不在。。。')
    
    # 实例化对象
    c = Computer()  # 电脑对象
    m = Mouse()     # 鼠标对象
    k = KeyBord()   # 键盘对象
    u = Udisk()     # u盘对象
    
    
    # 把不同的设备插入到电脑的usb的接口中
    c.usb(m)
    c.usb(k)
    c.usb(u)
    
    ---
    鼠标启动成功，可以双击单击嗨起来。。。
    键盘启动成功了，赶紧输入666。。。
    U盘启动了，赶紧检查一下我的种子还在不在。。。

这样，我们就实现了一个多态的程序。

我们在实例化`Computer()`之后，利用实例化对象`c`调用类中的方法`usb`， 将实例化对象传入，并且还传入了不同的`obj`， 这里的`obj`是我们之前实例化过的`m, k, u`。 那这样，我们`obj`代表了不同的实例化对象，那也就会启动不同的类方法。

那这样呢，属于一个普通的方式来实现，其实对于这段程序，我们还可以使用继承关系来完成。

我们先定义一个接口规范类，其他类都继承这个类，并实现（重写）父类中的方法。由于每个对象实现父类的方式或者过程都不相同，最后的结果是不一样的形态。

# 继承关系写多态
    
    # 定义USB
    class USB():
        '''
        info:
            这个类是一个接口规范类，需要子类继承并实现start方法
            start方法不做任何具体功能的实现
        '''
        # 在usb类中定义一个规范的接口方法，但是不实现任何功能
        def start(self):
            pass
    
    # 定义鼠标类
    class Mouse(USB):
        def start(self):
            print('鼠标启动成功，可以双击单击嗨起来。。。')
    
    # 定义键盘类
    class KeyBord(USB):
        def start(self):
            print('键盘启动成功了，赶紧输入666。。。')
    
    # 定义 U盘 类
    class Udisk(USB):
        def start(self):
            print('U盘启动了，赶紧检查一下我的种子还在不在。。。')
    
    # 实例化对象
    m = Mouse()
    k = KeyBord()
    u = Udisk()
    
    m.start()
    k.start()
    u.start()
    
    ---
    鼠标启动成功，可以双击单击嗨起来。。。
    键盘启动成功了，赶紧输入666。。。
    U盘启动了，赶紧检查一下我的种子还在不在。。。

我们回来看这段代码，实际上，如果抛开`USB`类，我们单独去写后面的类，并且把继承关系去掉。最后是不是也可以进行打印？可以…

可是这样的话，那这三个方法中的`satrt`方法之间就毫无关系，继承了`USB`中的`start`方法，也就是继承了规范。

而且这个继承的形式，和我们之前实现的普通版本其实并无什么差别，虽然代码实现上有不同，可是逻辑上是完全相同的。

好了，关于面向对象，我们就先介绍到这里。不过别着急，并不是讲完了，我们下节课还要接着讲「面向对象」。讲解一些高级语法和思想。小伙伴们记得关注。

另外，面向对象这个东西，确实蛮难的，并不是看我这一两节课就能学懂的。虽然我尽力，但是我还是有自知之明。

在这里给大家推荐一本好书，有它在，你想不懂都难。 `^_^`  
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