Python中类的定义和使用细讲

文章目录

• 前言
• 一、定义类
• 二、创建类的实例
• 三、创建 _ _ init _ _() 方法
• 四、创建类的成员并访问
• • 1. 创建实例方法并访问
  • 2. 创建数据成员并访问
• 五、访问限制

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前言

  在 Python 中，类表示具有相同属性和方法的对象的集合。在使用类时，需要先定义类，然后再创建类的实例，通过类的实例就可以访问类中的属性和方法了。

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一、定义类

  在 Python 中，类的定义使用 class 关键字来实现，语法如下：

class ClassName: '''类的帮助信息''' # 类文档字符串 statement # 类体

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参数说明：

• ClassName：用于指定类名，一般使用大写字母开头，如果类名中包括两个单词，第二个单词的首字母也大写，这种命名方法也称为 “驼峰式命名法”，这是惯例。当然，也可根据自己的习惯命名，但是一般推荐按照惯例来命名。
• ‘’‘类的帮助信息’‘’：用于指定类的文档字符串，定义该字符串后，在创建类的对象时，输入类名和左侧的括号 “(” 后，将显示该信息。
• statement：类体，主要由类变量（或类成员）、方法和属性等定义语句组成。如果在定义类时，没想好类的具体功能，也可以在类体中直接使用 pass 语句代替。

  例如，下面以鸟为例声明一个类，代码如下：

class Bird: """鸟类""" pass

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二、创建类的实例

  定义完类后，并不会真正创建一个实例。这有点像一个汽车的设计图。设计图可以告诉你汽车看上去什么样，但设计图本身不是一个汽车。你不能开走它，它只能用来建造真正的汽车，而且可以使用它制造很多辆汽车。那么如何创建实例呢？
  class 语句本身并不创建该类的任何实例。所以在类定义完成以后，可以创建类的实例，即实例化该类的对象。创建类的实例的语法如下：

ClassName(parameterlist)

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  其中，ClassName 是必选参数，用于指定具体的类；parameterlist 是可选参数，当创建一个类时，没有创建 _ _ init _ _() 方法（该方法将在下面介绍），或者 _ _ init _ _() 方法只有一个 self 参数时，parameterlist 参数可以省略。
  例如，创建上面定义的鸟类的实例，可以使用下图所示的代码：

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三、创建 _ _ init _ _() 方法

  在创建类后，可以手动创建一个 _ _ init _ _ () 方法。该方法是一个特殊的方法。每当创建一个类的新实例时，Python 都会自动执行它。_ _ init _ _() 方法必须包含一个 self 参数，并且必须是第一个参数。self 参数是一个指向实例本身的引用，用于访问类中的属性和方法。在方法调用时会自动传递实际参数 self，因此当 _ _ init _ _() 方法只有一个参数时，在创建类的实例时，就不需要指定实际参数了。
说明：在 _ _ init _ _() 方法的名称中，开头和结尾处是两个下划线（中间没有空格），这是一种约定，旨在区分 Python 默认方法和普通方法。
  例如，下面仍然以鸟为例声明一个类，并且创建 _ _ init _ _() 方法，代码如下图所示：

  从上面的代码及运行结果可以看出，在创建鸟类的实例时，虽然没有为 _ _ init _ _() 方法指定参数，但是该方法会自动执行。

注意：在创建 _ _ init _ _() 方法时，一定要在括号中添加 self，否则会报错如下图所示。

  在 _ _ init _ _() 方法中，除了 self 参数外，还可以自定义一些参数，参数间使用逗号 “,” 进行分隔。例如，下面的代码将在创建 _ _ init _ _() 方法时，再指定 2 个参数，分别是 color，shape。

class Apple: # 创建一个苹果类 """苹果类""" def __init__(self, color, shape): # 构造方法 print('我是苹果类，我有以下特征:') print(color) # 输出颜色特征 print(shape) # 输出形状特征 color_1 = '颜色是红色的' # 颜色特征 shape_1 = '形状是球形的' # 形状特征 red_apple = Apple(color_1, shape_1) # 创建苹果类的实例

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  执行上面代码后，结果如下：

我是苹果类，我有以下特征: 颜色是红色的 形状是球形的

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四、创建类的成员并访问

  类的成员主要由实例方法和数据成员组成。在类中创建了类的成员后，可以通过类的实例进行访问。

1. 创建实例方法并访问

  所谓实例方法是指在类中定义的函数。该函数是一种在类的实例上操作的函数。同 _ _ init _ _() 方法一样，实例方法的第一个参数必须是 self，并且必须包含一个 self 参数。创建实例方法的语法格式如下：

def functionName(self, parameterlist): block

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参数说明：

• functionName：用于指定方法名，一般使用小写字母开头。
• self：必要参数，表示类的实例，其名称可以是 self 以外的单词，使用 self 只是一个惯例而已。
• parameterlist：用于指定除 self 参数以外的参数，各参数间使用逗号 “,” 进行分隔。
• block：方法体，实现的具体功能。

说明：实例方法和 Python 中的函数的主要区别就是，函数实现的是某个独立的功能，而实例方法是实现类中的一个行为，是类的一部分。

  实例方法创建完成后，可以通过类的实例名称和点 （.）操作符进行访问，语法格式如下：

instanceName.functionName(parameterlist)

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参数说明：

• instanceName：为类的实例名称。
• functionName：为要调用的方法名称。
• parameterlist：表示为方法指定对应的实际参数，其值的个数与创建实例方法中 parameterlist 的个数相同。
• block：方法体，实现的具体功能。

  例如，创建一个人类，并定义一个构造方法，然后再定义一个实例方法 run()，该方法有两个参数，一个是 self，另一个是 speed，最后再创建人类的实例，并调用实例方法 run()，代码如下：

class People: # 创建一个人类 """人类""" def __init__(self, eye, mouth): # 构造方法 print('我是人类，我有以下特征:') print(eye) # 输出眼睛特征 print(mouth) # 输出嘴巴特征 def run(self, speed): # 定义跑的方法 print(speed) eye_1 = '我有两只眼睛' # 眼睛特征 mouth_1 = '我有一个嘴巴' # 嘴巴特征 man = People(eye_1, mouth_1) # 创建人类的实例 man.run('我跑起来非常快') # 调用实例方法

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  运行上面代码后，结果如下：

我是人类，我有以下特征: 我有两只眼睛 我有一个嘴巴 我跑起来非常快

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2. 创建数据成员并访问

  数据成员是指在类中定义的变量，即属性，根据定义位置，又可以分为类属性和实例属性。

• 类属性

  类属性是指定义在类中，并且在函数体外的属性。类属性可以在类的所有实例之间共享值，也就是在所有实例化的对象中公用。
说明：类属性可以通过类名称或者实例名访问。

  例如，定义一个人类 People，在该类中定义 2 个类属性，代码如下：

class People: # 创建一个人类 """人类""" eye = '有两只眼睛' mouth = '有一个嘴巴' def __init__(self): # 构造方法 print('我属于人类，我有以下特征:') print(People.eye) # 输出眼睛特征 print(People.mouth) # 输出嘴巴特征 man = People() # 实例化一个人类的对象

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  运行上面代码后，结果显示如下：

我属于人类，我有以下特征: 有两只眼睛 有一个嘴巴

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  在 Python 中除了可以通过类名称访问类属性，还可以动态地为类和对象添加属性。例如，在上面 People 类的基础上添加一个 arm 属性，并通过类的实例访问该属性，可以在上面代码的后面再添加以下代码：

People.arm = '有两个胳膊' print(man.arm)

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  运行代码后，结果显示如下：

我属于人类，我有以下特征: 有两只眼睛 有一个嘴巴 有两个胳膊

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说明：除了可以动态地为类和对象添加属性，也可以修改类属性。修改结果将作用于该类的所有实例。

• 实例属性

  实例属性是指定义在类的方法中的属性，只作用于当前实例中。例如，定义一个人类 People，在该类的 _ _ init _ _() 方法中定义 2 个实例属性，用于记录人类的特征，代码如下：

class People: # 创建一个人类 """人类""" def __init__(self): # 构造方法 self.eye = '有两只眼睛' self.mouth = '有一个嘴巴' print('我属于人类，我有以下特征:') print(self.eye) # 输出眼睛特征 print(self.mouth) # 输出嘴巴特征 man = People() # 实例化一个人类的对象

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  上面代码运行后，显示以下结果：

我属于人类，我有以下特征: 有两只眼睛 有一个嘴巴

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说明：实例属性只能通过实例名访问。如果通过类名访问实例属性，将抛出如下图所示异常。

  对于实例属性也可以通过实例名称修改，与类属性不同，通过实例名称修改实例属性后，并不影响该类的另一个实例中相应的实例属性的值。例如，定义一个人类，并在 _ _ init _ _() 方法中定义一个实例属性，然后创建两个 People 类的实例，并且修改第一个实例的实例属性，最后分别输出实例 1 和实例 2 的实例属性，代码如下：

class People: # 创建一个人类 """人类""" def __init__(self): # 构造方法 self.eye = '有两只眼睛' print('我属于人类，我有以下特征:') print(self.eye) # 输出眼睛特征 man_1 = People() # 创建People类的实例1 man_2 = People() # 创建People类的实例2 man_1.eye = '有两只圆圆的大眼睛' # 修改实例属性 print('man_1的eye属性:', man_1.eye) print('man_2的eye属性:', man_2.eye)

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  运行上面代码后，将显示以下内容：

我属于人类，我有以下特征: 有两只眼睛 我属于人类，我有以下特征: 有两只眼睛 man_1的eye属性: 有两只圆圆的大眼睛 man_2的eye属性: 有两只眼睛

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五、访问限制

  在类的内部可以定义属性和方法，而在类的外部则可以直接调用属性或方法来操作数据，从而隐藏了类内部的复杂逻辑。但是 Python 并没有对属性和方法的访问权限进行限制。为了保证类内部的某些属性或方法不被外部所访问，可以在属性或方法名前面添加双下划线（_ _ eye）或首尾添加双下划线（_ _ eye _ _），从而限制访问权限。其中，双下划线、首尾双下划线的作用如下：

1. 首尾双下划线表示定义特殊方法，一般是系统定义名字，如 _ _ init _ _()。
2. 双下划线表示 private（私有）类型的成员，只允许定义该方法的类本身进行访问，而且也不能通过类的实例进行访问，但是可以通过 “类的实例名._ 类名 _ _ xxx” 方式访问。

  例如，创建一个 People 类，定义私有属性 _ _ eye，并使用 _ _ init _ _() 方法访问该属性，然后创建 People 类的实例，并通过实例名输出私有属性 _ _eye，代码如下：

class People: # 创建一个人类 """人类""" __eye = '有两只眼睛' def __init__(self): # 构造方法 print('__init__():', People.__eye) # 在实例方法中访问私有属性 man = People() # 创建People类的实例 print('加入类名:', man._People__eye) # 私有属性，可以通过"实例名._类名__xxx"方式访问 print('直接访问:', man.__eye) # 私有属性不能通过实例名访问，出错

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  执行上面的代码后，将输出如下图所示结果：

  从上面的运行结果可以看出：私有属性不能直接通过实例名 + 属性名访问，可以在类的实例方法中访问，也可以通过 “类的实例名._ 类名 _ _ xxx” 访问。