Day7 初识面向对象，面向对象之继承、多态和封装

一、面向对象引言

  一、面向对象的程序设计的由来

　　详述见：http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6428835.html 

  二、面向对象引子

　　写一个简单程序：人狗大战

角色：人、狗
人角色特性：攻击力、生命值、名字、等级
狗角色特性：攻击力、生命值、名字、品种

　　1、用函数实现功能：角色和技能分别定义不同的函数

def person(attack,life_value,name,level):
    person_dic = {'attack':attack,
                  'life_value':life_value,
                  'name':name,
                  'level':level}
    return person_dic
def dog(attack,life_value,name,level):
    dog_dic = {'attack':attack,
               'life_value':life_value,
               'name':name,
               'type':type}
    return dog_dic

def attack(person_d,dog_d):
    print('%s 打了 %s' %(person_d['name'],dog_d['name']))
    dog_d['life_value'] -= person_d['attack']

def bite(dog_d,person_d):
    print('%s 咬了 %s' %(dog_d['name'],person_d['name']))
    person_d['life_value'] -= dog_d['attack']

alex = person(100,1000,'alex',2)
egg = dog(200,2000,'egon','金毛')
print(egg['life_value'])
attack(alex,egg)
print(egg['life_value'])
bite(egg,alex)
print(alex['life_value'])

　　弊端：某一角色误操作，可以调用其他角色的技能，这是明显的bug，必须修正：角色只能调用自己的技能

　　2、改进，角色只能调用自己的技能

def person(attack,life_value,name,level):
    '''
    将独有的特性放到内部，只能自己调用
    :param attack:
    :param life_value:
    :param name:
    :param level:
    :return:
    '''
    def atk( dog_d):
        print('%s 打了 %s' % (name, dog_d['name']))
        dog_d['life_value'] -= attack
    person_dic = {'attack':attack,
                  'life_value':life_value,
                  'name':name,
                  'level':level,
                  'atk':atk}
    return person_dic
def dog(attack,life_value,name,level):
    def bite(person_d):
        print('%s 咬了 %s' % (name, person_d['name']))
        person_d['life_value'] -= attack
    dog_dic = {'attack':attack,
               'life_value':life_value,
               'name':name,
               'type':type,
               'bite':bite}
    return dog_dic

alex = person(100,1000,'alex',2)
egg = dog(200,2000,'egon','金毛')
print(egg['life_value'])
alex['atk'](egg)
print(egg['life_value'])
egg['bite'](alex)
print(alex['life_value'])

  三、面向对象与面向过程的区别

　　1、面向对象概述、优缺点及应用场景

面向过程的程序设计的核心是过程二字（流水线式思维），过程即解决问题的步骤。流程需要精心设计，是一种机械式的思维模式。

优点：极大的降低了写程序的复杂度，只需要顺着要执行的步骤，堆叠代码即可。

缺点：一套流水线或者流程就是来解决一个问题，无法满足个性化需求，牵一发而动全身。

应用场景：适用于一旦流程确定，很少改变的场景。例如：Linux内核，git，以及shell相关管理脚本。

　　2、面向对象概述、优缺点及应用场景

面向对象的程序设计的核心是对象二字。

对象是特征和技能的综合体，基于面向对象设计程序就好比在创建一个世界，你就是世界的上帝，存在的皆为对象，不存在的也可以创建出来。

与面向过程的机械式思维方式形成鲜明对比，面向对象更加注重对显示世界的模拟，是一种“上帝式”的思维模式。

优点：解决了程序的扩展性。对某一个对象单独修改，会立刻反映到整个体系中。如对游戏中一个人物参数的特征和技能修改都很容易。

缺点：1、复杂性高。编程的复杂性远高于面向过程，不了解面向对象而立即基于它设计程序，极容易出现过度设计的问题。一些扩展性要求低的场景使用面向对象会徒增编程难度，例如shell脚本。

　　　2、可控性差。无法像面对过程的程序设计流水线式的可以很精准的预测问题的处理流程与结果。面向对象的程序一旦开始就由对象之间的交互解决问题，即便设计者也无法准确地预测最终结果。例如：新增一个游戏人物，在对战的过程中极容易出现阴霾的技能，一刀砍死3个人。

应用场景：需求经常变化的软件，一般需求的变化都集中在用户层：互联网应用，企业内部软件，游戏等。

　　思路一：只关心某一个对象变成抽象规范了一类对象

　　思路二：当多个函数都需要传递同样的多个参数的时候，考虑面向对象的思想

面想对象的程序设计并不是全部。对于一个软件质量来说，面向对象的程序设计知识用来解决扩展性。

二、初识面向对象

Python中一切皆为对象，（数据）类型的本质就是类。例如：字典等。

在Python中，用变量表示特征，用函数表示技能，因而具有相同特征和技能的一类事物就是‘类’，对象则是这一类事物中具体的一个。

 一、类的相关知识

　　1、初始类

定义函数时，函数名首字母小写。

def functionName(args):
    '''
    注释
    :param args:
    :return:
    '''
    函数体

定义类与定义函数类似。类名首字母要大写。

class Date:
    '类的文档字符串'
    类体

　　2、类有两种作用：属性引用和实例化

属性引用方法：类名.属性

class Person:
    rol = '人'         #数据属性、静态属性、类属性
    country = '中国'
    def __init__(self,name,age,life_value): #初始化方法
        # self.__dict__['name'] = name
        self.name = name       #属性、对象属性
        self.theage = age
        self.life_value = life_value

    def attack(self):  #函数属性、动态属性、方法
        #self只是一个形式参数，可以叫其他名字，但正常没人会这样
        #self是水性杨花，那个对象调这个方法，self就是那个对象
        print('attack方法被%s执行了'%self.name)
print(Person.rol)  ##属性引用

实例化：类名加括号就是实例化，会自动触发__init__函数的运行，可以用它来为每个实例定制自己的特征。

语法：对象名 = 类名（参数）

执行完__init__()就会返回一个对象。这个对象类似一个字典，存着属于这个人本身的一些属性和方法

class Person:
    rol = '人'         #数据属性、静态属性、类属性
    country = '中国'
    def __init__(self,name,age,life_value): #初始化方法
        # self.__dict__['name'] = name
        self.name = name       #属性、对象属性
        self.theage = age
        self.life_value = life_value

    def attack(self):  #函数属性、动态属性、方法
        #self只是一个形式参数，可以叫其他名字，但正常没人会这样
        #self是水性杨花，那个对象调这个方法，self就是那个对象
        print('attack方法被%s执行了'%self.name)
print(Person.rol)
alex=Person('alex',38,1000)
egg=Person('egon',18,2000)

查看属性和调用方法

print(alex.name)  ##查看属性信息 对象名.属性名
print(alex.attack()) #调用方法：对象名.方法名()

self：在实例化时自动将对象/实例本身传给__init__的第一个参数。可以自定义个名字，但一般情况采用默认。

类的属性补充

一：我们定义的类的属性到底存到哪里了？有两种方式查看
dir(类名)：查出的是一个名字列表
类名.__dict__:查出的是一个字典，key为属性名，value为属性值
二：特殊的类属性
类名.__name__# 类的名字(字符串)
类名.__doc__# 类的文档字符串
类名.__base__# 类的第一个父类(在讲继承时会讲)
类名.__bases__# 类所有父类构成的元组(在讲继承时会讲)
类名.__dict__# 类的字典属性
类名.__module__# 类定义所在的模块
类名.__class__# 实例对应的类(仅新式类中)

  二、对象的相关知识

对象是关于类而上实际存在的一个例子。

对象/实例只有一种作用：属性引用

注意：

1. 站的角度不同，定义出的类是截然不同的，详见面向对象实战之需求分析

2. 现实中的类并不完全等于程序中的类，比如现实中的公司类，在程序中有时需要拆分成部门类，业务类...... 

3. 有时为了编程需求，程序中也可能会定义现实中不存在的类，比如策略类，现实中并不存在，但是在程序中却是一个很常见的类

面向对象的小结

class 类名:
    def __init__(self,参数1,参数2):
        self.对象的属性1 = 参数1
        self.对象的属性2 = 参数2

    def 方法名(self):pass

    def 方法名2(self):pass

对象名 = 类名(1,2)  #对象就是实例，代表一个具体的东西
                  #类名() : 类名+括号就是实例化一个类，相当于调用了__init__方法
                  #括号里传参数，参数不需要传self，其他与init中的形参一一对应
                  #结果返回一个对象
对象名.对象的属性1   #查看对象的属性，直接用 对象名.属性名 即可
对象名.方法名()     #调用类中的方法，直接用 对象名.方法名() 即可

 三、属性查找

 创建一个类就会创建一个类的名称空间，用来存储类中定义的所有名字，这些名字为类的属性。

创建一个对象/实例就会创建一个对象/实例的名称空间，存放对象/实例的名字，称为对象/实例的属性

　　1、类的属性分类和特点：

1. 数据（静态）属性：是所有对象共享的，id都一样
2. 函数（动态）属性：绑定给对象用的obi.method称为绑定方法，内存地址都一样

id是Python的实现机制，并不能真实反映内存地址，若有内存地址，还是以内存地址为准。

obj.name会先从obj自己的名称空间里找name，找不到则去类中找，找不到就找父类......最后都找不到就抛出异常。

　　2、练习

编写一个学生类，产生一堆学生对象，要求有一个计数器（属性），统计总共有多少个对象。

对于任何数据类型的静态属性，它的修改操作尽量用类名；尤其是对于不可变数据类型，修改必须用类名

class Student:
    count = 0
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name = name
        self.sex = sex
        self.age = age
        Student.count += 1
alex = Student('alex','male',28)
egon = Student('egon','male',18)
print(alex.count)
print(egon.count)

  四、对象之间的交互

　　1、实例：人狗大战

class Dog:
    def __init__(self,name,type,aggr):
        self.name = name
        self.dog_type = type
        self.aggr = aggr
        self.life_value = 2000

    def bite(self,person_obj):  #self==egg,person_obj=alex
        #属性的变化
        print('%s咬了%s'%(self.name,person_obj.name))
        person_obj.life_value -= self.aggr

class Person:
    rol = '人'         #数据属性、静态属性、类属性
    country = '中国'
    def __init__(self,name,age,life_value): #初始化方法
        self.name = name       #属性、对象属性
        self.theage = age
        self.life_value = life_value
        self.aggr = 1

    def attack(self,dog_obj):#函数属性、动态属性、方法
        print('%s攻击了%s'%self.name,dog_obj)
        dog_obj.life_value -= self.aggr

alex = Person('alex',38,500)
egg = Dog('egon','二哈',20)
print(alex.life_value)
egg.bite(alex)   #Dog.bite(egg,alex)
print(alex.life_value)

　　2、练习

练习一：已知一个圆的半径，求圆的周长和面积。（使用return）

　　能用return的返回结果的，不用print

from math import pi
class Circle():
    def __init__(self,r):
        self.r=r
    def perimeter(self):
        return self.r*pi*2

    def area(self):
        return pi*self.r**2

circle1 = Circle(5)
print(circle1.perimeter())
print(circle1.area())

练习二：在终端输出如下信息

小明，10岁，男，上山去砍柴
小明，10岁，男，开车去东北
小明，10岁，男，最爱大保健
老李，90岁，男，上山去砍柴
老李，90岁，男，开车去东北
老李，90岁，男，最爱大保健

class Person:
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
    def shangshan(self):
        print('%s,%s,%s,上山去砍柴' %(self.name,self.age,self.sex))
    def kaiche(self):
        print('%s,%s,%s,开车去东北' %(self.name,self.age,self.sex))
    def zuiai(self):
        print('%s,%s,%s,最爱大保健' %(self.name,self.age,self.sex))

xiaoming = Person('小明',10,'男')
laoli = Person('老李',90,'男')
xiaoming.shangshan()
xiaoming.kaiche()
xiaoming.zuiai()

  五、面向对象的组合用法

　　1、组合简介

软件重用的重要方式，除了继承以外，还有一种方式就是组合。

组合指的是在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。

组合描述的是类之间的所属关系。例如：人有生日等等

　　2、继承与组合

组合与继承都是有效地利用已有类的资源的重要方式。但是二者的概念和使用场景皆不同，

1.继承的方式

通过继承建立了派生类与基类之间的关系，它是一种'是'的关系，比如白马是马，人是动物。

当类之间有很多相同的功能，提取这些共同的功能做成基类，用继承比较好，比如老师是人，学生是人

2.组合的方式

用组合的方式建立了类与组合的类之间的关系，它是一种‘有’的关系,比如教授有生日，教授教python和linux课程，教授有学生s1、s2、s3..

class People:
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name=name
        self.age=age
        self.sex=sex

class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))

class Teacher(People):
    def __init__(self,name,age,sex,job_title):
        People.__init__(self,name,age,sex)
        self.job_title=job_title
        self.course=[]
        self.students=[]


class Student(People):
    def __init__(self,name,age,sex):
        People.__init__(self,name,age,sex)
        self.course=[]


egon=Teacher('egon',18,'male','沙河霸道金牌讲师')
s1=Student('牛榴弹',18,'female')

python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('python','3mons',3000.0)

#为老师egon和学生s1添加课程
egon.course.append(python)
egon.course.append(linux)
s1.course.append(python)

#为老师egon添加学生s1
egon.students.append(s1)


#使用
for obj in egon.course:
    obj.tell_info()

　3、举例：

　　实例一：人类和生日类组合

class Birthday:
    '''
    生日类
    '''
    def __init__(self,year,month,day):
        self.year = year
        self.month = month
        self.day = day
class Person:
    '''
    人类
    '''
    # def __init__(self,name,birth):
    def __init__(self,name):
        self.name = name
        # self.birthday =birth
# 实例化两个类，然后将两个类组合起来
alex_birth = Birthday(1968,1,1)
alex = Person('alex')
alex.birth =  alex_birth
print(alex.birth.year)

　　实例二：计算圆环的周长和面积

　　圆环是由两个圆组成的，圆环的面积是外面圆的面积减去内部圆的面积。圆环的周长是内部圆的周长加上外部圆的周长。
　　这个时候，我们就首先实现一个圆形类，计算一个圆的周长和面积。然后在"环形类"中组合圆形的实例作为自己的属性来用

from math import pi

class Circle:
    '''
    定义了一个圆形类；
    提供计算面积(area)和周长(perimeter)的方法
    '''
    def __init__(self,radius):
        self.radius = radius
    def area(self):
         return pi * self.radius * self.radius
    def perimeter(self):
        return 2 * pi *self.radius

circle =  Circle(10) #实例化一个圆
area1 = circle.area() #计算圆面积
per1 = circle.perimeter() #计算圆周长
print(area1,per1) #打印圆面积和周长

class Ring:
    '''
    定义了一个圆环类
    提供圆环的面积和周长的方法
    '''
    def __init__(self,radius_outside,radius_inside):
        self.outsid_circle = Circle(radius_outside)
        self.inside_circle = Circle(radius_inside)
    def area(self):
        return self.outsid_circle.area() - self.inside_circle.area()
    def perimeter(self):
        return  self.outsid_circle.perimeter() + self.inside_circle.perimeter()

ring = Ring(10,5) #实例化一个环形
print(ring.perimeter()) #计算环形的周长
print(ring.area()) #计算环形的面积

三、面向对象的三大特性

  一、类的继承

　　1、什么是继承

　　继承指的是类与类之间的关系，是一种什么是什么的关系，功能之一就是用来解决代码重用问题。

　　继承是一种创建新类的方式，在python中，新建的类可以继承一个或多个父类，父类又可称为基类或超类，新建的类称为派生类或子类。

　　Python中的继承分为单继承和多继承。

class ParentClass1: #定义父类
    pass
class ParentClass2: #定义父类
    pass
class SubClass1(ParentClass1): #单继承，基类是ParentClass1，派生类是SubClass
    pass
class SubClass2(ParentClass1,ParentClass2): #python支持多继承，用逗号分隔开多个继承的类
    pass

　　查看继承

>>> SubClass1.__bases__ #__base__只查看从左到右继承的第一个子类，__bases__则是查看所有继承的父类
(<class '__main__.ParentClass1'>,)
>>> SubClass2.__bases__
(<class '__main__.ParentClass1'>, <class '__main__.ParentClass2'>)

　　提示：如果没有指定基类，python的类会默认继承object类，object是所有python类的基类，它提供了一些常见方法（如__str__）的实现

>>> ParentClass1.__bases__
(<class 'object'>,)
>>> ParentClass2.__bases__
(<class 'object'>,)

　　2、继承与抽象（先抽象在继承）

　　抽象即抽取类似或者比较像的部分。

1.将奥巴马和梅西这俩对象比较像的部分抽取成类； 

2.将人，猪，狗这三个类比较像的部分抽取成父类。

　　抽象最主要的作用是划分类别（可以隔离关注点，降低复杂度）

继承：是基于抽象的结果，通过编程语言去实现它，肯定是先经历抽象这个过程，才能通过继承的方式去表达出抽象的结构。

抽象只是分析和设计的过程中，一个动作或者说一种技巧，通过抽象可以得到类

 

　　3、继承和重用性

class Animal:
    def __init__(self,name,aggr,life_value):
        self.name=name
        self.aggr=aggr
        self.life_value=life_value
    def func(self):
        print(self.name)

class Dog(Animal):
    def __init__(self,name,aggr,life_value,type):
        Animal.__init__(self,name,aggr,life_value)
        self.type=type #派生属性
    def bite(self):
        #派生方法
        Animal.func(self)

class Person(Animal):
    def __init__(self,name,aggr,life_value,money):
        Animal.__init__(self,name,aggr,life_value)
        self.money=money
egg=Dog('egon',200,2000,'金毛')
alex=Person('alex',10,1000,2000)

print(egg.__dict__)
print(alex.__dict__)

　　在开发程序的过程中，如果我们定义了一个类A，然后又想新建立另外一个类B，但是类B的大部分内容与类A的相同时

　　我们不可能从头开始写一个类B，这就用到了类的继承的概念。

　　通过继承的方式新建类B，让B继承A，B会‘遗传’A的所有属性(数据属性和函数属性)，实现代码重用

　　提示：用已经有的类建立一个新的类，这样就重用了已经有的软件中的一部分设置大部分，大大生了编程工作量，这就是常说的软件重用，不仅可以重用自己的类，也可以继承别人的，比如标准库，来定制新的数据类型，这样就是大大缩短了软件开发周期，对大型软件开发来说，意义重大

　　4、派生

　　子类也可以添加自己新的属性或者在自己这里重新定义这些属性（不会影响到父类），需要注意的是，一旦重新定义了自己的属性且与父类重名，那么调用新增的属性时，就以自己为准了。

class Animal:
    '''
    人和狗都是动物，所以创造一个Animal基类
    '''
    def __init__(self, name, aggressivity, life_value):
        self.name = name  # 人和狗都有自己的昵称;
        self.aggressivity = aggressivity  # 人和狗都有自己的攻击力;
        self.life_value = life_value  # 人和狗都有自己的生命值;

    def eat(self):
        print('%s is eating'%self.name)

class Dog(Animal):
    '''
    狗类，继承Animal类
    '''
    def bite(self, people):
        '''
        派生：狗有咬人的技能
        :param people:  
        '''
        people.life_value -= self.aggressivity

class Person(Animal):
    '''
    人类，继承Animal
    '''
    def attack(self, dog):
        '''
        派生：人有攻击的技能
        :param dog: 
        '''
        dog.life_value -= self.aggressivity

egg = Person('egon',10,1000)
ha2 = Dog('二愣子',50,1000)
print(ha2.life_value)
print(egg.attack(ha2))
print(ha2.life_value)

object 类祖宗
若一个类有指定的父类，那么他的父类就是被指定的那个
若一个类没有指定的父类，那么他的父类就是object
凡是继承了object类的类都是新式类
Python3里所有的类都是新式类
新式类调用父类的方法
    1、指名道姓：父类名.方法名(self,aggr1...)  ---->经典类  Python以经典类为主
    2、super关键字：super.方法名(aggr1....)   ----->只适合与新式类

class Teacher:
    def __init__(self,name,age,salary):
        self.name = name
        self.age = age
        self.salary = salary
        self.teach()  ##和egon.teach()效果一样，所有调用优先自己的
    def teach(self):
        print('%s正在讲课' %self.name)

class Professor(Teacher):
    # def __init__(self,name,age):
    #     super().__init__(self,name,age)
    def teach(self):
        # super().teach()
        print('教授%s正在讲课'%self.name)
    def print_write(self):
        print('%s正在写专利'%self.name)
# Write a patent 写专利
egon = Professor('egon',20,20000)
# print(egon.__dict__)
# egon.teach()

在子类中，新建的重名的函数属性，在编辑函数内功能的时候，有可能需要重用父类中重名的那个函数功能，应该是用调用普通函数的方式，即：类名.func()，此时就与调用普通函数无异了，因此即便是self参数也要为其传值

　　5、接口类和抽象类

　　　　1、接口类

　　继承有两种用途：
　　　　一：继承基类的方法，并且做出自己的改变或者扩展（代码重用）
　　　　二：声明某个子类兼容于某基类，定义一个接口类Interface，接口类中定义了一些接口名（就是函数名）且并未实现接口的功能，子类继承接口类，并且实现接口中的功能

class Alipay:
    '''
    支付宝支付
    '''
    def pay(self,money):
        print('支付宝支付了%s元'%money)

class Applepay:
    '''
    apple pay支付
    '''
    def pay(self,money):
        print('apple pay支付了%s元'%money)


def pay(payment,money):
    '''
    支付函数，总体负责支付
    对应支付的对象和要支付的金额
    '''
    payment.pay(money)


p = Alipay()
pay(p,200)

　　开发中容易出现的问题

class Alipay:
    '''
    支付宝支付
    '''
    def pay(self,money):
        print('支付宝支付了%s元'%money)

class Applepay:
    '''
    apple pay支付
    '''
    def pay(self,money):
        print('apple pay支付了%s元'%money)

class Wechatpay:
    def fuqian(self,money):
        '''
        实现了pay的功能，但是名字不一样
        '''
        print('微信支付了%s元'%money)

def pay(payment,money):
    '''
    支付函数，总体负责支付
    对应支付的对象和要支付的金额
    '''
    payment.pay(money)


p = Wechatpay()
pay(p,200)   #执行会报错

接口初成：手动报异常：NotImplementedError来解决开发中遇到的问题

class Payment:
    def pay(self):
        raise NotImplementedError

class Wechatpay(Payment):
    def fuqian(self,money):
        print('微信支付了%s元'%money)


p = Wechatpay()  #这里不报错
pay(p,200)      #这里报错了

　　使用abc模块来实现接口

from abc import ABCMeta,abstractmethod

class Payment(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def pay(self,money):
        pass


class Wechatpay(Payment):
    def fuqian(self,money):
        print('微信支付了%s元'%money)

p = Wechatpay() #不调就报错了

　　实践中，继承的第一种含义意义并不很大，甚至常常是有害的。因为它使得子类与基类出现强耦合。

　　继承的第二种含义非常重要。它又叫“接口继承”。
接口继承实质上是要求“做出一个良好的抽象，这个抽象规定了一个兼容接口，使得外部调用者无需关心具体细节，可一视同仁的处理实现了特定接口的所有对象”——这在程序设计上，叫做归一化。

　　归一化使得高层的外部使用者可以不加区分的处理所有接口兼容的对象集合——就好象linux的泛文件概念一样，所有东西都可以当文件处理，不必关心它是内存、磁盘、网络还是屏幕（当然，对底层设计者，当然也可以区分出“字符设备”和“块设备”，然后做出针对性的设计：细致到什么程度，视需求而定）。

　　依赖倒置原则：
　　高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；抽象不应该应该依赖细节；细节应该依赖抽象。换言之，要针对接口编程，而不是针对实现编程
　　在python中根本就没有一个叫做interface的关键字，上面的代码只是看起来像接口，其实并没有起到接口的作用，子类完全可以不用去实现接口 ，如果非要去模仿接口的概念，可以借助第三方模块：

http://pypi.python.org/pypi/zope.interface
twisted的twisted\internet\interface.py里使用zope.interface
文档https://zopeinterface.readthedocs.io/en/latest/
设计模式：https://github.com/faif/python-patterns

接口提取了一群类共同的函数，可以把接口当做一个函数的集合。

然后让子类去实现接口中的函数。

这么做的意义在于归一化，什么叫归一化，就是只要是基于同一个接口实现的类，那么所有的这些类产生的对象在使用时，从用法上来说都一样。

归一化，让使用者无需关心对象的类是什么，只需要的知道这些对象都具备某些功能就可以了，这极大地降低了使用者的使用难度。

比如：我们定义一个动物接口，接口里定义了有跑、吃、呼吸等接口函数，这样老鼠的类去实现了该接口，松鼠的类也去实现了该接口，由二者分别产生一只老鼠和一只松鼠送到你面前，即便是你分别不到底哪只是什么鼠你肯定知道他俩都会跑，都会吃，都能呼吸。

再比如：我们有一个汽车接口，里面定义了汽车所有的功能，然后由本田汽车的类，奥迪汽车的类，大众汽车的类，他们都实现了汽车接口，这样就好办了，大家只需要学会了怎么开汽车，那么无论是本田，还是奥迪，还是大众我们都会开了，开的时候根本无需关心我开的是哪一类车，操作手法（函数调用）都一样

为何要用接口

　　　　2、抽象类

　　什么是抽象类
与java一样，python也有抽象类的概念但是同样需要借助模块实现，抽象类是一个特殊的类，它的特殊之处在于只能被继承，不能被实例化

　　为什么要有抽象类
　　如果说类是从一堆对象中抽取相同的内容而来的，那么抽象类就是从一堆类中抽取相同的内容而来的，内容包括数据属性和函数属性。
　 比如我们有香蕉的类，有苹果的类，有桃子的类，从这些类抽取相同的内容就是水果这个抽象的类，你吃水果时，要么是吃一个具体的香蕉，要么是吃一个具体的桃子。。。。。。你永远无法吃到一个叫做水果的东西。
从设计角度去看，如果类是从现实对象抽象而来的，那么抽象类就是基于类抽象而来的。 从实现角度来看，抽象类与普通类的不同之处在于：抽象类中有抽象方法，该类不能被实例化，只能被继承，且子类必须实现抽象方法。这一点与接口有点类似，但其实是不同的，即将揭晓答案

　　在python中实现抽象类

#一切皆文件
import abc #利用abc模块实现抽象类

class All_file(metaclass=abc.ABCMeta):
    all_type='file'
    @abc.abstractmethod #定义抽象方法，无需实现功能
    def read(self):
        '子类必须定义读功能'
        pass

    @abc.abstractmethod #定义抽象方法，无需实现功能
    def write(self):
        '子类必须定义写功能'
        pass

# class Txt(All_file):
#     pass
#
# t1=Txt() #报错,子类没有定义抽象方法

class Txt(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('文本数据的读取方法')

    def write(self):
        print('文本数据的读取方法')

class Sata(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('硬盘数据的读取方法')

    def write(self):
        print('硬盘数据的读取方法')

class Process(All_file): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print('进程数据的读取方法')

    def write(self):
        print('进程数据的读取方法')

wenbenwenjian=Txt()

yingpanwenjian=Sata()

jinchengwenjian=Process()

#这样大家都是被归一化了,也就是一切皆文件的思想
wenbenwenjian.read()
yingpanwenjian.write()
jinchengwenjian.read()

print(wenbenwenjian.all_type)
print(yingpanwenjian.all_type)
print(jinchengwenjian.all_type)

　　　　3、抽象类和接口类

　　抽象类的本质还是类，指的是一组类的相似性，包括数据属性（如all_type）和函数属性（如read、write），而接口只强调函数属性的相似性。

　　抽象类是一个介于类和接口直接的一个概念，同时具备类和接口的部分特性，可以用来实现归一化设计

　　在python中，并没有接口类这种东西，即便不通过专门的模块定义接口，我们也应该有一些基本的概念。
1.多继承问题

在继承抽象类的过程中，我们应该尽量避免多继承；
而在继承接口的时候，我们反而鼓励你来多继承接口

接口隔离原则：
使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口。即客户端不应该依赖那些不需要的接口。
2.方法的实现

在抽象类中，我们可以对一些抽象方法做出基础实现；
而在接口类中，任何方法都只是一种规范，具体的功能需要子类实现

　　6、钻石继承

class A(object):
    def test(self):
        print('from A')

class B(A):
    def test(self):
        print('from B')

class C(A):
    def test(self):
        print('from C')

class D(B):
    def test(self):
        print('from D')

class E(C):
    def test(self):
        print('from E')

class F(D,E):
    # def test(self):
    #     print('from F')
    pass
f1=F()
f1.test()
print(F.__mro__) #只有新式才有这个属性可以查看线性列表，经典类没有这个属性

#新式类继承顺序:F->D->B->E->C->A
#经典类继承顺序:F->D->B->A->E->C
#python3中统一都是新式类
#pyhon2中才分新式类与经典类

继承原理

python到底是如何实现继承的，对于你定义的每一个类，python会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表，这个MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表，例如

>>> F.mro() #等同于F.__mro__
[<class '__main__.F'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]

为了实现继承,python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。
而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。我们不去深究这个算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表并遵循如下三条准则:
1.子类会先于父类被检查
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
3.如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类

　　7、继承小结

1、继承的作用
    1）减少代码的重用
    2）提高代码可读性
    3）规范编程模式
2、名字解释
抽象：抽象即抽取类似或者说比较像的部分。是一个从具题到抽象的过程。
继承：子类继承了父类的方法和属性
派生：子类在父类方法和属性的基础上产生了新的方法和属性
3、钻石继承
    新式类：广度优先
    经典类：深度优先

4、经典类和新式类的区别
　　1、关于基类 ： 新式类默认继承object
　　2、关于在子类中执行父类的方法:新式类有super，经典类只能用指名道姓
　　3、关于多继承：新式类 广度优先（mro），经典类：深度优先
　　在py3没有经典类；在py2里经典类和新式类共存

5、关于继承：
子类继承父类
子类的对象调用方法，优先在子类中找，如果子类中有，就执行子类中的
                                如果子类中没有，就执行父类的
                                    多个父类以广度优先为准

   二、多态

 　　1、多态

·　　　  多态指的是一类事物有多种形态

　　　　动物有多种形态：人、狗、猪等

import abc
class Animal(metaclass=abc.ABCMeta): #同一类事物:动物
    @abc.abstractmethod
    def talk(self):
        pass

class People(Animal): #动物的形态之一:人
    def talk(self):
        print('say hello')

class Dog(Animal): #动物的形态之二:狗
    def talk(self):
        print('say wangwang')

class Pig(Animal): #动物的形态之三:猪
    def talk(self):
        print('say aoao')

　　　　文件有多种形态：文本文件，可执行文件

import abc
class File(metaclass=abc.ABCMeta): #同一类事物:文件
    @abc.abstractmethod
    def click(self):
        pass

class Text(File): #文件的形态之一:文本文件
    def click(self):
        print('open file')

class ExeFile(File): #文件的形态之二:可执行文件
    def click(self):
        print('execute file')

　　2、多态性

　　　　1、什么是多态动态绑定（在继承的背景下使用时，有时也称为多态性）

　　　　多态性是指不考虑实例类型的情况下使用实例

在面向对象方法中一般是这样表述多态性：向不同的对象发送同一条消息（！！！obj.func():是调用了obj的方法func，又称为向obj发送了一条消息func），不同的对象在接收时会产生不同的行为（即方法）。也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应共同的消息。所谓消息，就是调用函数，不同的行为就是指不同的实现，即执行不同的函数。

比如：老师.下课铃响了（），学生.下课铃响了()，老师执行的是下班操作，学生执行的是放学操作，虽然二者消息一样，但是执行的效果不同

　　　　多态性分为静态多态性和动态多态性

　　　　　　静态多态性：任何类型都可以用运算符+进行运算

　　　　　　动态多态性：如下

peo=People()
dog=Dog()
pig=Pig()

#peo、dog、pig都是动物,只要是动物肯定有talk方法
#于是我们可以不用考虑它们三者的具体是什么类型,而直接使用
peo.talk()
dog.talk()
pig.talk()

#更进一步,我们可以定义一个统一的接口来使用
def func(obj):
    obj.talk()

　　　　2、为什么要用多态性

　　多态：在其他语言里，通过类的继承实现多态；python（弱数据语言类型）自带多态

　　多态性的好处

1. 增加了程序的灵活性：使用者可以使用同一种形式去调用
2. 增加了程序的可扩展性：开发者可以添加新的类，使用者无法更改使用形式

　　3、鸭子类型

　　Python崇尚鸭子类型，即‘如果看起来像、叫声像而且走起路来像鸭子，那么它就是鸭子’

　　python程序员通常根据这种行为来编写程序。例如，如果想编写现有对象的自定义版本，可以继承该对象，也可以创建一个外观和行为像，但与它无任何关系的全新对象，后者通常用于保存程序组件的松耦合度。

　　例1：利用标准库中定义的各种‘与文件类似’的对象，尽管这些对象的工作方式像文件，但他们没有继承内置文件对象的方法

#二者都像鸭子,二者看起来都像文件,因而就可以当文件一样去用
class TxtFile:
    def read(self):
        pass

    def write(self):
        pass

class DiskFile:
    def read(self):
        pass
    def write(self):
        pass

　　例2：序列类型有多种形态：字符串，列表，元组，但他们直接没有直接的继承关系

  三、封装

　　1、封装概述

封装就是隐藏对象的属性和实现细节，仅对外提供公共访问方式。
封装的好处
    1. 将变化隔离；
    2. 便于使用；
    3. 提高复用性；
    4. 提高安全性；
封装原则
     1. 将不需要对外提供的内容都隐藏起来；
     2. 把属性都隐藏，提供公共方法对其访问。

　　2、私有变量

class A:
    __COUNTRY = 'China' ##加双下划线就被定义成了私有
    def func(self):
        print(A.__COUNTRY)

# A.__COUNTRY  ##不能直接在类的外部使用
a = A()
a.func()
# print(A.__dict__)  #'_A__COUNTRY': 'China'
print(A._A__COUNTRY)  #调用方式：类名._类名__变量名  #不合法，不用使用，因为设定了私有属性就是不让外面调用

　　这种自动变形的特点：

1.类中定义的__x只能在内部使用，如self.__x，引用的就是变形的结果。

2.这种变形其实正是针对外部的变形，在外部是无法通过__x这个名字访问到的。

3.在子类定义的__x不会覆盖在父类定义的__x，因为子类中变形成了：_子类名__x,而父类中变形成了：_父类名__x，即双下滑线开头的属性在继承给子类时，子类是无法覆盖的。

　　3、私有方法

class Goods:
    __DISCONT = 0.8  #加了双下划线就被定义成了一个私有的
    def __init__(self,org_price):
        self.price = org_price * Goods.__DISCONT

apple = Goods(10)
print(apple.price)

class A:
    def __func(self):
        self.__name = 'alex'

a = A()
a._A__func()

 　　4、封装不是单纯意义的隐藏

　　　　1、封装数据

　　将数据隐藏起来这不是目的。隐藏起来然后对外提供操作该数据的接口，然后我们可以在接口附加上对该数据操作的限制，以此完成对数据属性操作的严格控制。

class Teacher:
    def __init__(self,name,age):
        self.__name = name
        self.__age = age
    def tell_info(self):
        print('name:%s,age:%s' %(self.__name,self.__age))

    def set_info(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError('name must be str')
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError('age must be int')

        self.__name = name
        self.__age = age
t = Teacher('egon',20)
t.tell_info()

t.set_info('egon',19)  ##修改
t.tell_info()

　　　　2、封装方法

　　提示：在编程语言里，对外提供的接口（接口可理解为了一个入口），可以是函数，称为接口函数，这与接口的概念还不一样，接口代表一组接口函数的集合体　　

#取款是功能,而这个功能有很多功能组成:插卡、密码认证、输入金额、打印账单、取钱
#对使用者来说,只需要知道取款这个功能即可,其余功能我们都可以隐藏起来,很明显这么做
#隔离了复杂度,同时也提升了安全性

class ATM:
    def __card(self):
        print('插卡')
    def __auth(self):
        print('用户认证')
    def __input(self):
        print('输入取款金额')
    def __print_bill(self):
        print('打印账单')
    def __take_money(self):
        print('取款')

    def withdraw(self):
        self.__card()
        self.__auth()
        self.__input()
        self.__print_bill()
        self.__take_money()

a=ATM()
a.withdraw()

　　5、封装与扩展性

　　封装在于明确区分内外，使得类实现者可以修改封装内的东西而不影响外部调用者的代码；而外部使用用者只知道一个接口(函数)，只要接口（函数）名、参数不变，使用者的代码永远无需改变。这就提供一个良好的合作基础——或者说，只要接口这个基础约定不变，则代码改变不足为虑。

#类的设计者
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #对外提供的接口，隐藏了内部的实现细节，此时我们想求的是面积
        return self.__width * self.__length


#使用者
>>> r1=Room('卧室','egon',20,20,20)
>>> r1.tell_area() #使用者调用接口tell_area
400


#类的设计者，轻松的扩展了功能，而类的使用者完全不需要改变自己的代码
class Room:
    def __init__(self,name,owner,width,length,high):
        self.name=name
        self.owner=owner
        self.__width=width
        self.__length=length
        self.__high=high
    def tell_area(self): #对外提供的接口，隐藏内部实现，此时我们想求的是体积,内部逻辑变了,只需求修该下列一行就可以很简答的实现,而且外部调用感知不到,仍然使用该方法，但是功能已经变了
        return self.__width * self.__length * self.__high


#对于仍然在使用tell_area接口的人来说，根本无需改动自己的代码，就可以用上新功能
>>> r1.tell_area()
8000

　　6、对封装的总结

　　　　1、对同一类方法封装到类中

class File:
    文件增删改查方法
    
class DB：
    数据库的增删改查

　　例子

class File:
    def get:
        pass
    def delete:
        pass
    def update:
        pass
    def add:
        pass

　　　　2、将数据封装到对象中

class File:
    def __init__(self,a1,a2):
        self.a1 = a1
        self.xxx = a2
        
    def get:
        pass
    def delete:
        pass
    def update:
        pass
    def add:
        pass

obj1 = File(123,666)
obj1 = File(456,999)

 　　7、封装示例

class Request(object):
    def __init__(self,obj):
        self.obj = obj

    @property
    def user(self):
        return self.obj.authticate()

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

    def authticate(self):
        return self.name


class APIView(object):
    def dispatch(self):
        self.f2()

    def f2(self):
        a = Auth('alex',29)
        b = Auth('oldboy',25)
        req = Request(b)
        print(req.user)

obj = APIView()
obj.dispatch()

 

四、面向对象的常用术语和软件开发

  一、关于面向对象的常用术语

　　1、抽象/实现

　　抽象指对现实世界问题和实体的本质表现,行为和特征建模,建立一个相关的子集,可以用于 绘程序结构,从而实现这种模型。抽象不仅包括这种模型的数据属性,还定义了这些数据的接口。

　　对某种抽象的实现就是对此数据及与之相关接口的现实化(realization)。现实化这个过程对于客户 程序应当是透明而且无关的。 

　　2、封装/接口

　　封装描述了对数据/信息进行隐藏的观念,它对数据属性提供接口和访问函数。通过任何客户端直接对数据的访问,无视接口,与封装性都是背道而驰的,除非程序员允许这些操作。作为实现的 一部分,客户端根本就不需要知道在封装之后,数据属性是如何组织的。在Python中,所有的类属性都是公开的,但名字可能被“混淆”了,以阻止未经授权的访问,但仅此而已,再没有其他预防措施了。这就需要在设计时,对数据提供相应的接口,以免客户程序通过不规范的操作来存取封装的数据属性。

　　注意：封装绝不是等于“把不想让别人看到、以后可能修改的东西用private隐藏起来”

真正的封装是，经过深入的思考，做出良好的抽象，给出“完整且最小”的接口，并使得内部细节可以对外透明

（注意：对外透明的意思是，外部调用者可以顺利的得到自己想要的任何功能，完全意识不到内部细节的存在）

　　3、合成

　　合成扩充了对类的 述,使得多个不同的类合成为一个大的类,来解决现实问题。合成 述了 一个异常复杂的系统,比如一个类由其它类组成,更小的组件也可能是其它的类,数据属性及行为, 所有这些合在一起,彼此是“有一个”的关系。

　　4、派生/继承/继承结构

　　派生描述了子类衍生出新的特性,新类保留已存类类型中所有需要的数据和行为,但允许修改或者其它的自定义操作,都不会修改原类的定义。
　　继承描述了子类属性从祖先类继承这样一种方式
　　继承结构表示多“代”派生,可以述成一个“族谱”,连续的子类,与祖先类都有关系。

　　5、泛化/特化

　　泛化表示所有子类与其父类及祖先类有一样的特点。
　　特化描述所有子类的自定义,也就是,什么属性让它与其祖先类不同。

　　6、多态与多态性

　　多态指的是同一种事物的多种状态：水这种事物有多种不同的状态：冰，水蒸气

　　多态性的概念指出了对象如何通过他们共同的属性和动作来操作及访问,而不需考虑他们具体的类。

　　冰，水蒸气，都继承于水，它们都有一个同名的方法就是变成云，但是冰.变云(),与水蒸气.变云()是截然不同的过程，虽然调用的方法都一样

　　7、自省/反射

　　自省也称作反射，这个性质展示了某对象是如何在运行期取得自身信息的。如果传一个对象给你,你可以查出它有什么能力,这是一项强大的特性。如果Python不支持某种形式的自省功能,dir和type内建函数,将很难正常工作。还有那些特殊属性,像__dict__,__name__及__doc__

  二、面向对象的软件开发

　　很多人在学完了python的class机制之后，遇到一个生产中的问题，还是会懵逼，这其实太正常了，因为任何程序的开发都是先设计后编程，python的class机制只不过是一种编程方式，如果你硬要拿着class去和你的问题死磕，变得更加懵逼都是分分钟的事，在以前，软件的开发相对简单，从任务的分析到编写程序，再到程序的调试，可以由一个人或一个小组去完成。但是随着软件规模的迅速增大，软件任意面临的问题十分复杂，需要考虑的因素太多，在一个软件中所产生的错误和隐藏的错误、未知的错误可能达到惊人的程度，这也不是在设计阶段就完全解决的。

　　所以软件的开发其实一整套规范，我们所学的只是其中的一小部分，一个完整的开发过程，需要明确每个阶段的任务，在保证一个阶段正确的前提下再进行下一个阶段的工作，称之为软件工程

    面向对象的软件工程包括下面几个部分：

　　1、面向对象分析（object oriented analysis ，OOA）

    软件工程中的系统分析阶段，要求分析员和用户结合在一起，对用户的需求做出精确的分析和明确的表述，从大的方面解析软件系统应该做什么，而不是怎么去做。面向对象的分析要按照面向对象的概念和方法，在对任务的分析中，从客观存在的事物和事物之间的关系，贵南出有关的对象（对象的‘特征’和‘技能’）以及对象之间的联系，并将具有相同属性和行为的对象用一个类class来标识。

    建立一个能反映这是工作情况的需求模型，此时的模型是粗略的。

　　2、面向对象设计（object oriented design，OOD）

    根据面向对象分析阶段形成的需求模型，对每一部分分别进行具体的设计。

    首先是类的设计，类的设计可能包含多个层次（利用继承与派生机制）。然后以这些类为基础提出程序设计的思路和方法，包括对算法的设计。

    在设计阶段并不牵涉任何一门具体的计算机语言，而是用一种更通用的描述工具（如伪代码或流程图）来描述

　　3、面向对象编程（object oriented programming，OOP）

    根据面向对象设计的结果，选择一种计算机语言把它写成程序，可以是python

　　4、面向对象测试（object oriented test，OOT）

    在写好程序后交给用户使用前，必须对程序进行严格的测试，测试的目的是发现程序中的错误并修正它。

    面向对的测试是用面向对象的方法进行测试，以类作为测试的基本单元。

　　5、面向对象维护（object oriendted soft maintenance，OOSM）

    正如对任何产品都需要进行售后服务和维护一样，软件在使用时也会出现一些问题，或者软件商想改进软件的性能，这就需要修改程序。

    由于使用了面向对象的方法开发程序，使用程序的维护比较容易。

    因为对象的封装性，修改一个对象对其他的对象影响很小，利用面向对象的方法维护程序，大大提高了软件维护的效率，可扩展性高。