作者 | Radek Fabisiak
譯者 | 彎月，責編 | 郭芮
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
現(xiàn)如今面向對象編程的使用非常廣泛，本文我們就來探討一下Python中的面向對象編程。
以下為譯文：
Python支持多種類型的編程范式，例如過程式編程、函數(shù)式編程、面向對象編程，而且還可以融合多種類型的范式。
現(xiàn)如今面向對象編程的使用非常廣泛。面向對象編程的基本元素是對象，其包含的數(shù)據(jù)成員稱為屬性，函數(shù)（例程、過程）稱為方法。
對象是類的實例。換句話說，類主要定義對象的結構，然后我們以類為模板創(chuàng)建對象。類不但包含方法定義，而且還包含所有實例共享的數(shù)據(jù)。
本文我們來探討一下Python中的面向對象編程。我們將演示如何創(chuàng)建類，并使用類來實例化對象。本文的主要內容如下：
創(chuàng)建Python類
數(shù)據(jù)屬性
實例方法
屬性
類和靜態(tài)方法
繼承
本文無法涵蓋這些主題的所有詳細信息。Python中的面向對象編程還包含其他很多方面。希望本文能夠為你學習Python及實現(xiàn)面向對象提供一個良好的開端。
創(chuàng)建Python類
我們可以使用關鍵字class定義Python類，關鍵字后面緊跟類的名稱、分號和類的實現(xiàn)：
>>> class MyClass:
... pass
...
按照慣例，Python類的命名采用首字母大寫（即PascalCase）。
現(xiàn)在讓我們創(chuàng)建這個新類的一個實例，名為MyClass：
>>> a = MyClass()
>>> a
<__main__.MyClass object at 0x7f32ef3deb70>
語句a = MyClass()創(chuàng)建了MyClass的一個實例，并將它的引用賦值給變量a。
我們可以通過Python內置的函數(shù)type()或直接通過屬性.__class__來獲取類型（即對象的類）。在拿到類（類型）之后，我們就可以利用屬性.__ name__獲取類的名字：
>>> type(a)
<class '__main__.MyClass'>
>>> a.__class__
<class '__main__.MyClass'>
>>> a.__class__.__name__
'MyClass'
順便提一句，Python類也是對象。它們是type的實例：
>>> type(MyClass)
<class 'type'>
下面，我們來定義一個方法。
Python中每個實例方法的第一個參數(shù)必須對應于該實例，即該對象本身。按照慣例，這個參數(shù)名為self。后面是其他參數(shù)（如果有需要的話）。在調用方法時，我們無需明確提供與參數(shù)self相對應的參數(shù)。
通常，我們需要定義的一個最重要的方法是.__init__()。在類的實例創(chuàng)建后就會調用這個方法。該方法負責初始化類成員。我們定義的.__init__()如下：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... print(f'an instance of {type(self).__name__} created')
... print(f'arg_1: {arg_1}, arg_2: {arg_2}, arg_3: {arg_3}')
...
下面，我們來創(chuàng)建一個MyClass實例，看看這個初始化方法的具體工作。我們的.__init__()方法需要三個參數(shù)（arg_1、arg_2和arg_3），記住我們不需要傳遞與self對應的第一個參數(shù)。所以，在實例化對象時，我們需要傳遞三個參數(shù)：
>>> a = MyClass(2, 4, 8)
an instance of MyClass created
arg_1: 2, arg_2: 4, arg_3: 8
上述聲明產(chǎn)生的結果如下：
創(chuàng)建一個MyClass類型的對象的實例。
自動調用該實例的方法.__init__()。
我們傳遞給MyClass()方法的參數(shù)：（2，4和8）會被傳遞給.__init__()。
.__init__()執(zhí)行我們的請求，并輸出結果。它利用type(self).__name__獲取類的名稱。
現(xiàn)在我們得到了一個類，它有一個方法.__init__()，以及這個類的一個實例。
數(shù)據(jù)屬性
下面我們來修改MyClass，增加一些數(shù)據(jù)屬性。
我們利用.__init__()初始化和定義了實例，我們還可以在這個方法或其他實例方法中，通過給某個數(shù)據(jù)屬性賦值的方式改變屬性值：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... self.x = arg_1
... self._y = arg_2
... self.__z = arg_3
...
現(xiàn)在MyClass有三個數(shù)據(jù)屬性：
.x可以獲取arg_1的值
._y可以獲取arg_2的值
.__ z可以獲取arg_3的值
我們可以利用Python的解包機制，用更緊湊的形式編寫這段代碼：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... self.x, self._y, self.__z = arg_1, arg_2, arg_3
...
屬性名稱中的下劃線（_）是為了表明這些屬性是“私有”屬性：
開頭沒有下劃線的屬性（比如.x）通?？晒ο笸獠康恼{用和修改。
開頭擁有一個下劃線的屬性（比如._y）通常也可以從對象外部調用和修改。然而，下劃線是一種慣用的標志，即該類的創(chuàng)建者強烈建議不要使用該變量。應該僅通過類的功能成員（比如方法和屬性）調用和修改該變量。
開頭擁有雙下劃線的屬性（比如.__ z）將在名字修飾過程中被改名（在本例中它將被改名為._MyClass__z）。你也可以通過這個新名稱從對象外部調用和修改它們。但是，我強烈反對這種做法。應該盡通過類的功能成員以其原始名稱進行調用和修改。
Python對象的數(shù)據(jù)屬性通常存儲在名為.__ dict__的字典中，它也是對象的屬性之一。但是，你也可以將數(shù)據(jù)屬性存儲在其他地方。我們可以直接訪問__dict__，或利用Python的內置函數(shù)vars()獲取.__ dict__：
>>> a = MyClass(2, 4, 8)
>>> vars(a)
{'x': 2, '_y': 4, '_MyClass__z': 8}
>>> a.__dict__
{'x': 2, '_y': 4, '_MyClass__z': 8}
名字修飾過程把鍵'__z'變成了'_MyClass__z'。
我們可以把.__ dict__當成普通的Python字典使用。
獲取和修改與數(shù)據(jù)屬性關聯(lián)的值的常規(guī)方法如下：
>>> a.x
2
>>> a._y
4
>>> a.__z
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'MyClass' object has no attribute '__z'
>>> a.x = 16
>>> a.x
16
>>> vars(a)
{'x': 16, '_y': 4, '_MyClass__z': 8}
請注意，我們無法訪問.__ z，因為.__ dict__沒有鍵'__z'。
實例方法
下面，我們來創(chuàng)建兩個實例方法：
●.set_z()：修改.__ z。
●.get_z()：返回.__ z的值。
請記住，每個實例方法的第一個參數(shù)（按照約定名為self）引用對象本身，但我們無需在調用方法時指定這個參數(shù)：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... self.x, self._y, self.__z = arg_1, arg_2, arg_3
...
... def set_z(self, value):
... self.__z = value
...
... def get_z(self):
... return self.__z
...
>>> b = MyClass(2, 4, 8)
方法.get_z()和.set_z()提供了傳統(tǒng)的檢索和修改.__ z值的方法：
>>> b.get_z()
8
>>> b.set_z(16)
>>> vars(b)
{'x': 2, '_y': 4, '_MyClass__z': 16}
你也可以在.get_z()和.set_z()中添加其他功能，例如檢查數(shù)據(jù)的有效性。這種方法實現(xiàn)了面向對象編程中的一個主要概念：封裝。
屬性
還有一種方法（一種更Python的方式）訪問和修改數(shù)據(jù)屬性是使用屬性。屬性封裝了一系列方法：getter、setter和deleter，但其行為與普通的數(shù)據(jù)屬性相同。
下面的代碼實現(xiàn)了屬性.z，其中還包含.get_z()和.set_z()的功能：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... self.x, self._y, self.__z = arg_1, arg_2, arg_3
...
... @property
... def z(self):
... return self.__z
...
... @z.setter
... def z(self, value):
... self.__z = value
...
>>> b = MyClass(2, 4, 8)
如下，我們利用相應的屬性.z來訪問和修改數(shù)據(jù)屬性.__ z：
>>> b.z
8
>>> b.z = 16
>>> vars(b)
{'x': 2, '_y': 4, '_MyClass__z': 16}
這段代碼比上述示例更精簡優(yōu)雅。
類與靜態(tài)方法
除了實例方法和屬性之外，類還可以擁有類方法和靜態(tài)方法。
下面讓我們?yōu)镸yClass添加三個方法：
>>> class MyClass:
... def __init__(self, arg_1, arg_2, arg_3):
... self.x, self._y, self.__z = arg_1, arg_2, arg_3
...
... def f(self, arg):
... print('instance method f called')
... print(f'instance: {self}')
... print(f'instance attributes:
{vars(self)}')
... print(f'class: {type(self)}')
... print(f'arg: {arg}')
...
... @classmethod
... def g(cls, arg):
... print('class method g called')
... print(f'cls: {cls}')
... print(f'arg: {arg}')
...
... @staticmethod
... def h(arg):
... print('static method h called')
... print(f'arg: {arg}')
...
>>> c = MyClass(2, 4, 8)
方法.f()是一個實例方法。實例方法的第一個參數(shù)是對象本身的引用。這些方法可以利用self訪問對象，利用vars(self)或self.__dict__訪問對象的數(shù)據(jù)屬性，還可以利用type(self)或self.__class__訪問對象對應的類，而且它們還可以擁有自己的參數(shù)。
方法.g()的開頭包含修飾器@classmethod，表明這是一個類方法。每個類方法的第一個參數(shù)都會指向類本身，按照約定該參數(shù)名為cls。與實例方法的情況一樣，我們不需要明確提供與cls對應的參數(shù)。而類方法可以利用cls和自己的參數(shù)訪問類本身。
方法.h()的開頭包含修飾器@staticmethod，表明這是一個靜態(tài)方法。靜態(tài)方法只能訪問自己的參數(shù)。
Python中常見的調用實例方法的方法如下：
>>> c.f('my-argument')
instance method f called
instance: <__main__.MyClass object at 0x7f32ef3def98>
instance attributes:
{'x': 2, '_y': 4, '_MyClass__z': 8}
class: <class '__main__.MyClass'>
arg: my-argument
通常，我們應該直接通過類（而不是實例）調用類方法和靜態(tài)方法：
>>> MyClass.g('my-argument')
class method g called
cls: <class '__main__.MyClass'>
arg: my-argument
>>> MyClass.h('my-argument')
static method h called
arg: my-argument
請記住，我們不需要傳遞類方法的第一個參數(shù)：與cls相對應的參數(shù)。
但是，我們可以像下面這樣調用類方法和靜態(tài)方法：
>>> c.g('my-argument')
class method g called
cls: <class '__main__.MyClass'>
arg: my-argument
>>> c.h('my-argument')
static method h called
arg: my-argument
當我們調用c.g或c.h，但實例成員沒有這樣的名稱時，Python會搜索類和靜態(tài)成員。
繼承是面向對象編程的另一個重要特性。在這個概念中，類（稱為子類或派生類）會繼承其他類（稱為超類或基類）的數(shù)據(jù)和函數(shù)成員。
在Python中，所有類都會默認繼承Python自帶的類對象。但是，我們可以根據(jù)需要定義合適的類繼承層次結構。
例如，我們可以創(chuàng)建一個名為MyOtherClass的新類，該類繼承了MyClass：
>>> class MyOtherClass(MyClass):
... def __init__(self, u, v, w, x, y, z):
... super().__init__(x, y, z)
... self.__u, self.__v, self.__w = u, v, w
...
... def f_(self, arg):
... print('instance method f_ called')
... print(f'instance: {self}')
... print(f'instance attributes:
{vars(self)}')
... print(f'class: {type(self)}')
... print(f'arg: {arg}')
...
>>> d = MyOtherClass(1, 2, 4, 8, 16, 32)
如上，MyOtherClass擁有MyClass的成員：.x、._y、.__z以及.f()。你可以通過語句super().__init__(x, y, z)初始化基類的數(shù)據(jù)成員x、._y和.__z，該語句會調用基類的.__init__()方法。
除此之外，MyOtherClass還有自己的成員：.__u、.__v、.__w和.f_()。
下面，我們通過vars()獲取數(shù)據(jù)成員：
>>> vars(d)
{'x': 8,
'_y': 16,
'_MyClass__z': 32,
'_MyOtherClass__u': 1,
'_MyOtherClass__v': 2,
'_MyOtherClass__w': 4}
我們可以調用基類和派生類中的所有方法：
>>> d.f('some-argument')
instance method f called
instance: <__main__.MyOtherClass object at 0x7f32ef3e7048>
instance attributes:
{'x': 8,
'_y': 16,
'_MyClass__z': 32,
'_MyOtherClass__u': 1,
'_MyOtherClass__v': 2,
'_MyOtherClass__w': 4}
class: <class '__main__.MyOtherClass'>
arg: some-argument
>>> d.f_('some-argument')
instance method f_ called
instance: <__main__.MyOtherClass object at 0x7f32ef3e7048>
instance attributes:
{'x': 8,
'_y': 16,
'_MyClass__z': 32,
'_MyOtherClass__u': 1,
'_MyOtherClass__v': 2,
'_MyOtherClass__w': 4}
class: <class '__main__.MyOtherClass'>
arg: some-argument
但是，如果派生類包含的某個成員與基類同名，則優(yōu)先使用派生類的成員。
面向對象編程是Python支持的編程范式之一。面向對象蘊含的抽象以及表征的現(xiàn)實世界行為在某些時候會非常有幫助性。然而，有時也可能會違反直覺，并為開發(fā)過程帶來不必要的麻煩。
在本文中，我們介紹了如何利用Python編寫基本的面向對象程序。Python中還有很多類和面向對象的功能，例如：
方法：.__repr__()和.__str__()
方法：.__new__()
操作符
方法：.__getattribute__()、.__getattr__()、.__setattr__()和.__delattr__()
生成器
可調用性
創(chuàng)建序列
描述器
上下文管理
抽象類和成員
多重繼承
使用super()
拷貝
序列化
slot
類修飾器
數(shù)據(jù)類
等等……
現(xiàn)如今面向對象是非常流行的編程方式。如果你立志做一名Python開發(fā)人員，那么就應該學習面向對象編程。但請不要忘記，Python還支持其他編程范式，例如過程式編程、函數(shù)式編程等，在某些情況下也許選用這些范例更為合適。
盡情享受編程的快樂！
