类与对象—python

一、类的含义

1.1类的作用（理解）

收集学生信息时，如果让同学们自主填写，信息的顺序、格式不一，内容混乱。如果发给同学们既定的表格，同学们按照规定的顺序、格式进行填写，那信息就会一目了然，如下图所示：

在程序中如果简单地使用变量来记录学生信息，不仅在创建变量，赋值这一步繁琐，在使用学生信息相关变量的时候，也非常不便，如下列代码所示：

#学生小明的信息
student_name1='小明'
student_ID1=10234049980
student_age1=19
student_year1=2021
student_class1='会计7班'
#学生小刚的信息
student_name2='小刚'
student_ID2=10234057760
student_age2=20
student_year2=2020
student_class2='土木3班'

类的作用就相当于上图中的表格，类相当于一个范式，在程序中也可以做到和生活中一样，以设计表格、生产表格、填写表格的形式组织信息，示例如下（此处看懂即可，语法在1.2中细讲）：

#在程序中设计表格，我们称之为：设计类（ class ）
class Student_info:name=None      #学生姓名ID=None        #学生学号age=None       #学生年龄year=None      #学生年级classes=None   #学生班级#在程序中打印生产表格，我们称之为：创建对象
stu1=Student_info()
stu2=Student_info()#在程序中填写表格，我们称之为：对象属性赋值
stu1.name='小明'
stu1.ID=10234049980
stu1.age=19
stu1.year=2021
stu1.classes='会计7班'

这样写代码只是为了让大家理解类的角色，继续往下学习，可以将代码写得更简洁高效。

1.2类的语法

类由两部分组成，包括类的属性和类的行为。

语法：

class 类名称：

    类的属性

    类的行为

  • 类的属性：即定义在类中的变量（成员变量）
  • 类的行为：即定义在类中的函数（成员方法）

创建类对象的语法：

对象=类名称（）

成员方法的定义语法：

def 方法名 （self，形参1，形参2，……）：

    方法体

在方法定义的列表中，有一个self关键字，self关键字是成员方法定义时必须写的。

  • 它用来表示类对象自身的意思
  • 当我们使用类对象调用方法时， self 会自动被 python 传入
  • 在方法内部，想要访问类的成员变量，必须使用 self

我们利用类来描述书本信息（书名、作者、售价），示例如下：

#设计类（ class ）
class Book:#定义成员变量name=None   #书名author=None #作者price=None  #价格#定义成员方法def instru(self):print(f'《{self.name}》作者为{self.author}，价格为{self.price}元')
#创建对象
book1=Book()
#赋值
book1.name='往昔之光'
book1.author='星河'
book1.price=20
#调用成员方法
book1.instru() #定义参数列表中只有self，调用时无须传参

输出：

《往昔之光》作者为星河，价格为20元

二、类和对象

类有属性和行为，现实世界的事物也有属性和行为，比如打扫卫生这件事，属性是：何人、何时、何地，行为是：擦桌子、扫地、拖地，或者又比如饮水机这个物体，属性是：颜色、体积、重量，行为是：烧水、保温。使用程序中的类，可以完美的描述现实世界的事物，那我们为什么还需要创建对象呢？
因为类只是一种程序内的“设计图纸”，需要基于图纸生产实体（对象），才能正常工作，这种套路，称之为：面向对象编程。

例如我们要设计一款闹钟，代码如下所示：

#设计闹钟图纸——设计类
class Clock:ID=None    #序列号price=None #价格#响铃def ring(self):import winsoundwinsound.Beep(2000,3000)#声音频率，持续时间
#根据图纸进行生产——创建对象
clock1=Clock()
#使用对象的属性和行为(完成具体工作)
clock1.ID=123456
clock1.price=39
print(f'闹钟的ID为{clock1.ID},价格为{clock1.price}元')
clock1.ring()

运行代码后，会得到如下输出，且听到铃声。

闹钟的ID为123456,价格为39元

面向对象编程：设计类，基于类创建对象，由对象做具体的工作。

三、构造方法

Python 类内置的方法有很多，这些内置的类方法各自有各自特殊的功能，被称之为：魔术方法，我们主要了解以下5个方法即可。

3.1__init__( ) 方法

在给类对象赋值时，我们可以依次为对象的属性赋值，但是当属性较多时，就会比较麻烦。我们也可以只用一行代码进行赋值，高效地进行这个过程，此时就需要用到__init__( ) 方法。 __init__( ) 方法是Python 类中的构造方法之一，可以实现：

  • 在创建类对象（构造类）的时候，会自动执行。
  • 在创建类对象（构造类）的时候，将传入参数自动传递给 __init__ （ ）方法使用。

借此特性可以给成员变量赋值，所以我们才能完成只用一行代码进行赋值。

代码示例：

class Book:#定义成员变量name=None   #书名author=None #作者price=None  #价格# 定义成员方法def __init__(self,name,author,price):self.name=name     #书名self.author=author #作者self.price=price   #价格print(f'《{self.name}》作者为{self.author}，价格为{self.price}元')
#创建对象并赋值
book2=Book('红楼梦','曹雪芹',79)#像传参一样，按顺序赋值

输出：

《红楼梦》作者为曹雪芹，价格为79元

注意：

  • init 前后都有 2 个下划线
  • 构造方法属于成员方法，要在参数列表中加上 self 关键字

我们可以写得更简略，在定义类的时候，定义成员变量这一步也可以省略：

class Book:# 定义成员方法def __init__(self,name,author,price):self.name=name     #书名self.author=author #作者self.price=price   #价格print(f'《{self.name}》作者为{self.author}，价格为{self.price}元')
#创建对象
book2=Book('红楼梦','曹雪芹',79)

是否使用__init__ （ ）方法可以对比一下：

3.2__str__ （ ）方法

__str__ （ ）字符串方法可以控制类对象转换为字符串。

我们先看这段代码：

#设计类
class Room:def __init__(self,desk,chair):self.desk = desk  # 桌子的数量self.chair=chair #椅子的数量
#创建对象并赋值
room1=Room(12,12)print(room1)

打印类对象，获得的是其内存地址，输出如下：

<__main__.Room object at 0x0000020A8BB73D30>

使用__str__ （ ）字符串方法，控制输出的内容，再次打印类对象，输出就是我们控制的内容：

#设计类
class Room:def __init__(self,desk,chair):self.desk = desk  # 桌子的数量self.chair=chair #椅子的数量def __str__(self):return f'桌子有{self.desk}张，椅子有{self.chair}个'
#创建对象并赋值
room1=Room(12,12)print(room1)

输出：

桌子有12张，椅子有12个

3.3__lt__( )方法

直接对 2 个对象进行比较是不可以的，但是在类中实现 __lt__ 方法，即可同时完成：小于符号和 大于符号的比较。

  • 参数： other (另一个类对象)
  • 返回值： True 或 False（实际判断是否与方法中定义一致）

比如我们要比较职工的年龄：

代码示例：

#设计类
class staff():def __init__(self,name,age):self.name=nameself.age=agedef __lt__(self,other):return self.age<other.age
#创建对象并赋值
sta1=staff('小明',24)
sta2=staff('小刚',26)
print(sta1<sta2)

输出：

True

3.4__le__( )方法

同__lt__( )方法类似， __le__( )方法用于 <= 和 >= 两种比较运算。

  • 参数： other (另一个类对象)
  • 返回值： True 或 False（实际判断是否与方法中定义一致）

代码示例：

#设计类
class staff():def __init__(self,name,age):self.name=nameself.age=agedef __le__(self,other):return self.age<=other.age
#创建对象并赋值
sta1=staff('小明',23)
sta2=staff('小刚',26)
sta3=staff('小蓝',26)
sta4=staff('小雨',22)
print(sta1<=sta2) #小明比小刚年龄小，结果为True
print(sta2>=sta3) #小刚比小蓝年龄一样大小，结果为True
print(sta1<=sta4) #小明比小雨年龄大，结果为False

输出：

True
True
False

3.5__eq__( )方法

 __eq__ 方法，用于比较 2 个对象（指定的部分）是否相等。

  • 参数： other（另一个类对象）
  • 返回值： True 或 False
     

代码示例：

#设计类
class staff():def __init__(self,name,age):self.name=nameself.age=agedef __eq__(self,other):return self.age==other.age
#创建对象并赋值
sta1=staff('小明',23)
sta2=staff('小刚',26)
sta3=staff('小蓝',26)
sta4=staff('小雨',22)print(sta2==sta3) #小刚和小蓝年龄相等，结果为True

输出：

True

代码示例：

#设计类
class staff():def __init__(self,name,age):self.name=nameself.age=agedef __eq__(self,other):return self.name==other.name
#创建对象并赋值
sta1=staff('小明',23)
sta2=staff('小刚',26)
sta3=staff('小蓝',26)
sta4=staff('小雨',22)print(sta2==sta3) #小刚和小蓝姓名不同，结果为False

输出：

False

四、类型注解

类型注解：在代码中涉及数据交互的地方，提供数据类型的注解（显式的说明）。
主要功能：

  • 帮助第三方 IDE 工具（如 PyCharm ）对代码进行类型推断，协助做代码提示
  • 帮助开发者自身对变量进行类型注释

我们在PyCharm中编写代码时，经常会出现如下图中的提示：

这是因为PyCharm能确定list1是列表类型，可以做出提示。

当PyCharm不能确定数据类型时，无法做成提示。如下图，定义一个函数 func ，接收一个参数 data，PyCharm不能确定data的类型，自然也无法提示。

当我们调用方法（内置模块提供的），进行传参的时候，按快捷键 ctrl + p 会弹出提示。

4.1变量的类型注解

为变量设置类型注解有2种方式。

4.1.1变量：类型

为变量设置类型注解的第一种方式，利用基础语法：变量：类型

如下列代码所示：

#基础数据类型注解
var1:int=10
var2:float=3.14
var3:bool=True
var4:str='apple'
#类对象类型注解
class Book:name=None   #书名author=None #作者price=None  #价格
book:Book=Book()
#基础容器类型注解
list1:list=[1,2,3,4]
tuple1:tuple=(1,2,3,4)
set1:set={1,2,3,4}
dict1:dict={'abc':666}
str1:str='apple'
#容器类型详细注解，对容器元素类型进行注解
list2:list[int]=[1,2,3,4]
tuple2:tuple[int,str,bool]=(1,'a',True)#元组类型设置类型详细注解，需要将每一个元素都标记出来
set2:set[int]={1,2,3,4}
dict2:dict[str,int]={'abc':666}#字典类型设置类型详细注解，需要 2 个类型，第一个是 key 第二个是value

注意：

  • 元组类型设置类型详细注解，需要将每一个元素都标记出来
  • 字典类型设置类型详细注解，需要标注 2 个类型，第一个是 key 第二个是value

4.1.2# type: 类型

为变量设置类型注解的第二种方式，在注释中进行类型注解，语法：# type: 类型

一般情况下变量的类型很容易一眼看出，无需注解，而在无法直接看出变量类型之时，最好添加变量的类型注解，如下列代码所示：

import json
import random
class Desk:ID=Noneprice=None
desk=Desk #type:Deskvar5=random.randint(1,10) #type:int
var6=json.loads(data)     #type:dict[str,int]

4.2函数（方法）的类型注解

函数（方法）可以在两处地方添加注解：

  • 形参的类型注解
  • 返回值的类型注解

语法：

def 函数名（形参：类型，形参：类型，……，形参：类型）->返回值类型：

      函数体

代码示例：

def func1(x:int,y:int)->int:return x+y
a=func1(2,3)
print(a)  #a=5

4.3Union类型

列表，元组，集合，字典可以存储不同类型的数据，例如：list1=[1,'a',3.14]，list1中有整数元素、字符元素、浮点数元素，那如何对list1进行类型注解呢？形如list1，就需要使用Union 联合类型注解。

使用 Union[ 类型 , ......, 类型 ]可以定义联合类型注解，Union 联合类型注解在变量注解、函数（方法）形参和返回值注解中，均可使用，使用方式如下：

  • 导包： from typing import Union
  • 语法： Union[ 类型 , ......, 类型 ]

代码示例：

from typing import Union
list3:list[Union[int,str,float]]=[1,'a',3.14]
dict3:dict[str,Union[str,int]]={'name':'加菲猫','age':3}

注意：

类型注解只是提示性的，并非决定性的，数据类型和注解类型无法对应也不会导致错误。

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