类与对象

对象 = 属性 + 方法

对象是类的实例。换句话说，类主要定义对象的结构，然后我们以类为模板创建对象。类不但包含方法定义，而且还包含所有实例共享的数据。

• 封装：信息隐蔽技术

我们可以使用关键字 class 定义 Python 类，关键字后面紧跟类的名称、分号和类的实现。

• 继承：子类自动共享父类之间数据和方法的机制
• 多态：不同对象对同一方法响应不同的行动

self 是什么？

Python 的 self 相当于 C++ 的 this 指针。

类的方法与普通的函数只有一个特别的区别 —— 它们必须有一个额外的第一个参数名称（对应于该实例，即该对象本身），按照惯例它的名称是 self。在调用方法时，我们无需明确提供与参数 self 相对应的参数。

Python 的魔法方法

据说，Python 的对象天生拥有一些神奇的方法，它们是面向对象的 Python 的一切…

它们是可以给你的类增加魔力的特殊方法…

如果你的对象实现了这些方法中的某一个，那么这个方法就会在特殊的情况下被 Python 所调用，而这一切都是自动发生的…

类有一个名为__init__(self[, param1, param2...])的魔法方法，该方法在类实例化时会自动调用。

公有和私有

在 Python 中定义私有变量只需要在变量名或函数名前加上“__”两个下划线，那么这个函数或变量就会为私有的了。Python的私有为伪私有

继承

Python 同样支持类的继承，派生类的定义如下所示：

class DerivedClassName(BaseClassName):
statement-1
.
.
.
statement-N

BaseClassName（基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用：

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):
statement-1
.
.
.
statement-N

如果子类中定义与父类同名的方法或属性，则会自动覆盖父类对应的方法或属性。

解决该问题可用以下两种方式：

• 调用未绑定的父类方法
• 使用super函数super().__init__()

Python 虽然支持多继承的形式，但我们一般不使用多继承，因为容易引起混乱。

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
statement-1
.
.
.
statement-N

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，Python 从左至右搜索，即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

什么是绑定？

Python 严格要求方法需要有实例才能被调用，这种限制其实就是 Python 所谓的绑定概念。

Python 对象的数据属性通常存储在名为.__ dict__的字典中，我们可以直接访问__dict__，或利用 Python 的内置函数vars()获取.__ dict__。

一些相关的内置函数（BIF）

• issubclass(class, classinfo) 方法用于判断参数 class 是否是类型参数 classinfo 的子类。

• 一个类被认为是其自身的子类。

• classinfo可以是类对象的元组，只要class是其中任何一个候选类的子类，则返回True。

• isinstance(object, classinfo) 方法用于判断一个对象是否是一个已知的类型，类似type()。

• type()不会认为子类是一种父类类型，不考虑继承关系。

• isinstance()会认为子类是一种父类类型，考虑继承关系。

• 如果第一个参数不是对象，则永远返回False。

• 如果第二个参数不是类或者由类对象组成的元组，会抛出一个TypeError异常。

• hasattr(object, name)用于判断对象是否包含对应的属性。

• getattr(object, name[, default])用于返回一个对象属性值。

• setattr(object, name, value)对应函数 getattr()，用于设置属性值，该属性不一定是存在的。

• delattr(object, name)用于删除属性。

• class property([fget[, fset[, fdel[, doc]]]])用于在新式类中返回属性值。

  • fget – 获取属性值的函数
  • fset – 设置属性值的函数
  • fdel – 删除属性值函数
  • doc – 属性描述信息

魔法方法

魔法方法总是被双下划线包围，例如__init__。

魔法方法是面向对象的 Python 的一切，如果你不知道魔法方法，说明你还没能意识到面向对象的 Python 的强大。

魔法方法的“魔力”体现在它们总能够在适当的时候被自动调用。

魔法方法的第一个参数应为cls（类方法） 或者self（实例方法）。

• cls：代表一个类的名称
• self：代表一个实例对象的名称

基本的魔法方法

• __init__(self[, ...]) 构造器，当一个实例被创建的时候调用的初始化方法
• __new__(cls[, ...]) 在一个对象实例化的时候所调用的第一个方法，在调用__init__初始化前，先调用__new__。
  • __new__至少要有一个参数cls，代表要实例化的类，此参数在实例化时由 Python 解释器自动提供，后面的参数直接传递给__init__。
  • __new__对当前类进行了实例化，并将实例返回，传给__init__的self。但是，执行了__new__，并不一定会进入__init__，只有__new__返回了，当前类cls的实例，当前类的__init__才会进入。
  • 若__new__没有正确返回当前类cls的实例，那__init__是不会被调用的，即使是父类的实例也不行，将没有__init__被调用。
  • __new__方法主要是当你继承一些不可变的 class 时（比如int, str, tuple）， 提供给你一个自定义这些类的实例化过程的途径
• __del__(self) 析构器，当一个对象将要被系统回收之时调用的方法。

Python 采用自动引用计数（ARC）方式来回收对象所占用的空间，当程序中有一个变量引用该 Python 对象时，Python 会自动保证该对象引用计数为 1；当程序中有两个变量引用该 Python 对象时，Python 会自动保证该对象引用计数为 2，依此类推，如果一个对象的引用计数变成了 0，则说明程序中不再有变量引用该对象，表明程序不再需要该对象，因此 Python 就会回收该对象。

大部分时候，Python 的 ARC 都能准确、高效地回收系统中的每个对象。但如果系统中出现循环引用的情况，比如对象 a 持有一个实例变量引用对象 b，而对象 b 又持有一个实例变量引用对象 a，此时两个对象的引用计数都是 1，而实际上程序已经不再有变量引用它们，系统应该回收它们，此时 Python 的垃圾回收器就可能没那么快，要等专门的循环垃圾回收器（Cyclic Garbage Collector）来检测并回收这种引用循环。

• __str__(self):
  • 当你打印一个对象的时候，触发__str__
  • 当你使用%s格式化的时候，触发__str__
  • str强转数据类型的时候，触发__str__
• __repr__(self)：
  • repr是str的备胎
  • 有__str__的时候执行__str__,没有实现__str__的时候，执行__repr__
  • repr(obj)内置函数对应的结果是__repr__的返回值
  • 当你使用%r格式化的时候 触发__repr__

str(self)的返回结果可读性强。也就是说，str` 的意义是得到便于人们阅读的信息，就像下面的 ‘2019-10-11’ 一样。

__repr__(self) 的返回结果应更准确。怎么说，__repr__ 存在的目的在于调试，便于开发者使用。

算术运算符

类型工厂函数，指的是“不通过类而是通过函数来创建对象”。

• __add__(self, other)定义加法的行为：+
• __sub__(self, other)定义减法的行为：-
• __mul__(self, other)定义乘法的行为：*
• __truediv__(self, other)定义真除法的行为：/
• __floordiv__(self, other)定义整数除法的行为：//
• __mod__(self, other) 定义取模算法的行为：%
• __divmod__(self, other)定义当被 divmod() 调用时的行为
• divmod(a, b)把除数和余数运算结果结合起来，返回一个包含商和余数的元组(a // b, a % b)。

反算术运算符

反运算魔方方法，与算术运算符保持一一对应，不同之处就是反运算的魔法方法多了一个“r”。当文件左操作不支持相应的操作时被调用。

• __radd__(self, other)定义加法的行为：+
• __rsub__(self, other)定义减法的行为：-
• __rmul__(self, other)定义乘法的行为：*
• __rtruediv__(self, other)定义真除法的行为：/
• __rfloordiv__(self, other)定义整数除法的行为：//
• __rmod__(self, other) 定义取模算法的行为：%
• __rdivmod__(self, other)定义当被 divmod() 调用时的行为
• __rpow__(self, other[, module])定义当被 power() 调用或 ** 运算时的行为
• __rlshift__(self, other)定义按位左移位的行为：<<
• __rrshift__(self, other)定义按位右移位的行为：>>
• __rand__(self, other)定义按位与操作的行为：&
• __rxor__(self, other)定义按位异或操作的行为：^
• __ror__(self, other)定义按位或操作的行为：|

a + b

这里加数是a，被加数是b，因此是a主动，反运算就是如果a对象的__add__()方法没有实现或者不支持相应的操作，那么 Python 就会调用b的__radd__()方法。

增量赋值运算符

• __iadd__(self, other)定义赋值加法的行为：+=
• __isub__(self, other)定义赋值减法的行为：-=
• __imul__(self, other)定义赋值乘法的行为：*=
• __itruediv__(self, other)定义赋值真除法的行为：/=
• __ifloordiv__(self, other)定义赋值整数除法的行为：//=
• __imod__(self, other)定义赋值取模算法的行为：%=
• __ipow__(self, other[, modulo])定义赋值幂运算的行为：**=
• __ilshift__(self, other)定义赋值按位左移位的行为：<<=
• __irshift__(self, other)定义赋值按位右移位的行为：>>=
• __iand__(self, other)定义赋值按位与操作的行为：&=
• __ixor__(self, other)定义赋值按位异或操作的行为：^=
• __ior__(self, other)定义赋值按位或操作的行为：|=

一元运算符

• __neg__(self)定义正号的行为：+x
• __pos__(self)定义负号的行为：-x
• __abs__(self)定义当被abs()调用时的行为
• __invert__(self)定义按位求反的行为：~x

属性访问

• __getattr__(self, name): 定义当用户试图获取一个不存在的属性时的行为。
• __getattribute__(self, name)：定义当该类的属性被访问时的行为（先调用该方法，查看是否存在该属性，若不存在，接着去调用__getattr__）。
• __setattr__(self, name, value)：定义当一个属性被设置时的行为。
• __delattr__(self, name)：定义当一个属性被删除时的行为。

描述符

描述符就是将某种特殊类型的类的实例指派给另一个类的属性。

• __get__(self, instance, owner)用于访问属性，它返回属性的值。
• __set__(self, instance, value)将在属性分配操作中调用，不返回任何内容。
• __del__(self, instance)控制删除操作，不返回任何内容。

定制序列

协议（Protocols）与其它编程语言中的接口很相似，它规定你哪些方法必须要定义。然而，在 Python 中的协议就显得不那么正式。事实上，在 Python 中，协议更像是一种指南。

容器类型的协议

• 如果说你希望定制的容器是不可变的话，你只需要定义__len__()和__getitem__()方法。
• 如果你希望定制的容器是可变的话，除了__len__()和__getitem__()方法，你还需要定义__setitem__()和__delitem__()两个方法。
• __len__(self)定义当被len()调用时的行为（返回容器中元素的个数）。
• __getitem__(self, key)定义获取容器中元素的行为，相当于self[key]。
• __setitem__(self, key, value)定义设置容器中指定元素的行为，相当于self[key] = value。
• __delitem__(self, key)定义删除容器中指定元素的行为，相当于del self[key]。

迭代器

• 迭代是 Python 最强大的功能之一，是访问集合元素的一种方式。

• 迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。

• 迭代器对象从集合的第一个元素开始访问，直到所有的元素被访问完结束。

• 迭代器只能往前不会后退。

• 字符串，列表或元组对象都可用于创建迭代器：

• 迭代器有两个基本的方法：iter() 和 next()。

• iter(object) 函数用来生成迭代器。

• next(iterator[, default]) 返回迭代器的下一个项目。

• iterator – 可迭代对象

• default – 可选，用于设置在没有下一个元素时返回该默认值，如果不设置，又没有下一个元素则会触发 StopIteration 异常。

把一个类作为一个迭代器使用需要在类中实现两个魔法方法 __iter__() 与 __next__() 。

• __iter__(self)定义当迭代容器中的元素的行为，返回一个特殊的迭代器对象， 这个迭代器对象实现了 __next__() 方法并通过 StopIteration 异常标识迭代的完成。
• __next__() 返回下一个迭代器对象。
• StopIteration 异常用于标识迭代的完成，防止出现无限循环的情况，在 __next__() 方法中我们可以设置在完成指定循环次数后触发 StopIteration 异常来结束迭代。

生成器

• 在 Python 中，使用了 yield 的函数被称为生成器（generator）。
• 跟普通函数不同的是，生成器是一个返回迭代器的函数，只能用于迭代操作，更简单点理解生成器就是一个迭代器。
• 在调用生成器运行的过程中，每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息，返回 yield 的值, 并在下一次执行 next() 方法时从当前位置继续运行。
• 调用一个生成器函数，返回的是一个迭代器对象。