类和实例

廖雪峰 ... 2021-03-28 Python 大约 6 分钟

面向对象最重要的概念就是类 (Class) 和实例 (Instance) ,必须牢记类是抽象的模板,比如 Student 类,而实例是根据类创建出来的一个个具体的“对象”,每个对象都拥有相同的方法,但各自的数据可能不同。

仍以 Student 类为例,在 Python 中,定义类是通过 class 关键字:

class Student(object):
    pass
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class 后面紧接着是类名,即 Student,类名通常是大写开头的单词,紧接着是(object),表示该类是从哪个类继承下来的,继承的概念我们后面再讲,通常,如果没有合适的继承类,就使用 object 类,这是所有类最终都会继承的类。

定义好了 Student 类,就可以根据 Student 类创建出 Student 的实例,创建实例是通过 className() 实现的:

>>> bart = Student()
>>> bart
<__main__.Student object at 0x10a67a590>
>>> Student
<class '__main__.Student'>
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可以看到,变量 bart 指向的就是一个 Student 的实例,后面的 0x10a67a590 是内存地址,每个 object 的地址都不一样,而 Student 本身则是一个类。

可以自由地给一个实例变量绑定属性,比如,给实例 bart 绑定一个 name 属性:

>>> bart.name = 'Bart Simpson'
>>> bart.name
'Bart Simpson'
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由于类可以起到模板的作用,因此,可以在创建实例的时候,把一些我们认为必须绑定的属性强制填写进去。通过定义一个特殊的 init 方法,在创建实例的时候,就把 namescore 等属性绑上去:

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
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注意

特殊方法 __init__ 前后分别有两个下划线!!!

由于 init 方法的第一个参数永远是 self,表示创建的实例本身,因此,在 init 方法内部,就可以把各种属性绑定到 self,因为 self 就指向创建的实例本身。

有了 init 方法,在创建实例的时候,就不能传入空的参数了,必须传入与 init 方法匹配的参数,但 self 不需要传,Python 解释器自己会把实例变量传进去:

>>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
>>> bart.name
'Bart Simpson'
>>> bart.score
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和普通的函数相比,在类中定义的函数只有一点不同,就是第一个参数永远是实例变量 self,并且,调用时,不用传递该参数。除此之外,类的方法和普通函数没有什么区别,所以,你仍然可以用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。

# 数据封装

面向对象编程的一个重要特点就是数据封装。在上面的 Student 类中,每个实例就拥有各自的 name 和 score 这些数据。我们可以通过函数来访问这些数据,比如打印一个学生的成绩:

>>> def print_score(std):
...     print('%s: %s' % (std.name, std.score))
...
>>> print_score(bart)
Bart Simpson: 59
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但是,既然 Student 实例本身就拥有这些数据,要访问这些数据,就没有必要从外面的函数去访问,可以直接在 Student 类的内部定义访问数据的函数,这样,就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和 Student 类本身是关联起来的,我们称之为类的方法:

class Student(object):

    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))
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要定义一个方法,除了第一个参数是 self 外,其他和普通函数一样。要调用一个方法,只需要在实例变量上直接调用,除了 self 不用传递,其他参数正常传入:

>>> bart.print_score()
Bart Simpson: 59
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这样一来,我们从外部看 Student 类,就只需要知道,创建实例需要给出 name 和 score,而如何打印,都是在 Student 类的内部定义的,这些数据和逻辑被“封装”起来了,调用很容易,但却不用知道内部实现的细节。

封装的另一个好处是可以给 Student 类增加新的方法,比如 get_grade:

class Student(object):
    ...

    def get_grade(self):
        if self.score >= 90:
            return 'A'
        elif self.score >= 60:
            return 'B'
        else:
            return 'C'
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同样的,get_grade 方法可以直接在实例变量上调用,不需要知道内部实现细节:

# -*- coding: utf-8 -*-
class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def get_grade(self):
        if self.score >= 90:
            return 'A'
        elif self.score >= 60:
            return 'B'
        else:
            return 'C'

lisa = Student('Lisa', 99)
bart = Student('Bart', 59)
print(lisa.name, lisa.get_grade())
# Lisa A
print(bart.name, bart.get_grade())
# Bart C
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# 实例属性和类属性

由于 Python 是动态语言,根据类创建的实例可以任意绑定属性。

给实例绑定属性的方法是通过实例变量,或者通过 self 变量:

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

s = Student('Bob')
s.score = 90
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但是,如果 Student 类本身需要绑定一个属性呢?可以直接在 class 中定义属性,这种属性是类属性,归 Student 类所有:

class Student(object):
    name = 'Student'
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当我们定义了一个类属性后,这个属性虽然归类所有,但类的所有实例都可以访问到。来测试一下:

>>> class Student(object):
...     name = 'Student'
...
>>> s = Student() # 创建实例s
>>> print(s.name) # 打印name属性,因为实例并没有name属性,所以会继续查找class的name属性
Student
>>> print(Student.name) # 打印类的name属性
Student
>>> s.name = 'Michael' # 给实例绑定name属性
>>> print(s.name) # 由于实例属性优先级比类属性高,因此,它会屏蔽掉类的name属性
Michael
>>> print(Student.name) # 但是类属性并未消失,用Student.name仍然可以访问
Student
>>> del s.name # 如果删除实例的name属性
>>> print(s.name) # 再次调用s.name,由于实例的name属性没有找到,类的name属性就显示出来了
Student
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从上面的例子可以看出,在编写程序的时候,千万不要对实例属性和类属性使用相同的名字,因为相同名称的实例属性将屏蔽掉类属性,但是当你删除实例属性后,再使用相同的名称,访问到的将是类属性。

# 小结

  • 类是创建实例的模板,而实例则是一个一个具体的对象,各个实例拥有的数据都互相独立,互不影响;

  • 方法就是与实例绑定的函数,和普通函数不同,方法可以直接访问实例的数据;

  • 通过在实例上调用方法,我们就直接操作了对象内部的数据,但无需知道方法内部的实现细节。

  • 和静态语言不同,Python 允许对实例变量绑定任何数据,也就是说,对于两个实例变量,虽然它们都是同一个类的不同实例,但拥有的变量名称都可能不同:

    >>> bart = Student('Bart Simpson', 59)
    >>> lisa = Student('Lisa Simpson', 87)
    >>> bart.age = 8
    >>> bart.age
    8
    >>> lisa.age
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'
    
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  • 实例属性属于各个实例所有,互不干扰;

  • 类属性属于类所有,所有实例共享一个属性;

  • 不要对实例属性和类属性使用相同的名字,否则将产生难以发现的错误。