【Python 1-15】Python手把手教程之——详解类Class以及类的使用

作者 | 弗拉德
来源 | 弗拉德(公众号:fulade_me)
创建和使用类
使用类几乎可以模拟任何东西。下面来编写一个表示小狗的简单类Dog——它表示的不是特定的小狗,而是任何小狗。对于大多数宠物狗,我们都知道些什么呢?它们都有名字和年龄,我们还知道,大多数小狗还会蹲下和打滚。由于大多数小狗都具备上述两项信息(名字和年龄)和两种行为(蹲下和打滚),我们的Dog类将包含它们。这个类让Python知道如何创建表示小狗的对象。编写这个类后,我们将使用它来创建表示特定小狗的实例。
创建Dog类
根据Dog类创建的每个实例都将存储名字和年龄。我们赋予了每条小狗蹲下(sit())和打滚(roll_over())的能力:
class Dog():
“””一次模拟小狗的简单尝试”””
def init
(self, name, age):
“””初始化属性name和age”””
self.name = name
self.age = age
def sit(self):
“””模拟小狗被命令时蹲下”””
print(self.name.title() + ” is now sitting.”)
def roll_over(self):
“””模拟小狗被命令时打滚”””
print(self.name.title() + ” rolled over!”)
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首先我们定义了一个名为Dog的类。根据约定,在Python中,首字母大写的名称指的是类。 这个类定义中的括号是空的,因为我们要从空白创建这个类。
然后,我们编写了一个文档字符串,对这个类的功能作了描述。
方法__init__()
类中的函数称为方法,我们来第一个,方法__init__()是一个特殊的方法,每当你根据Dog类创建新实例时,Python都会自动运行它。在这个方法的名称中,开头和末尾各有两个下划线,这是一种约定,旨在避免Python默认方法与普通方法发生名称冲突。
我们将方法__init__()定义成了包含三个形参:self、name和age。在这个方法的定义中,形参self必不可少,还必须位于其他形参的前面。因为 Python调用这个__init__()方法来创建Dog实例时,将自动传入实参self。每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self,它是一个指向实例本身的引用,让实例能够访问类中的属性和方法。我们创建Dog实例时,Python将调用Dog类的方法__init__()。我们将通过实参向Dog()传递名字和年龄。self会自动传递,因此我们不需要传递它。每当我们根据Dog类创建实例时,都只需给最后两个形参(name和age)提供值。 init
()内的两个变量都有前缀self。以self为前缀的变量都可供类中的所有方法使用,我们还可以通过类的任何实例来访问这些变量。self.name = name获取存储在形参name中的值,并将其存储到变量name中,然后该变量被关联到当前创建的实例。self.age = age的作用与此类似。像这样可通过实例访问的变量称为属性。
Dog类还定义了另外两个方法:sit()和roll_over()。由于这些方法不需要额外的信
息,如名字或年龄,因此它们只有一个形参self。我们后面将创建的实例能够访问这些方法,换句话说,它们都会蹲下和打滚。当前,sit()和roll_over()所做的有限,它们只是打印一条消息,指出小狗正蹲下或打滚。但可以扩展这些方法以模拟实际情况:如果这个类包含在一个计算机游戏中,这些方法将包含创建小狗蹲下和打滚动画效果的代码。如果这个类是用于控制机器狗的,这些方法将引导机器狗做出蹲下和打滚的动作。
由类生成实例
可将类视为有关如何创建实例的说明。Dog类是一系列说明,让Python知道如何创建表示特定小狗的实例。
下面来创建一个表示特定小狗的实例:
my_dog = Dog(‘willie’, 6)
print(“My dog’s name is ” + my_dog.name.title() + “.”)
print(“My dog is ” + str(my_dog.age) + ” years old.”)
复制代码
这里使用的是前一个示例中编写的Dog类。我们让Python创建一条名字为’willie’、 年龄为6的小狗。遇到这行代码时,Python使用实参’willie’和6调用Dog类中的方法__init__()。 方法__init__()创建一个表示特定小狗的示例,并使用我们提供的值来设置属性name和age。方法__init__()并未显式地包含return语句,但Python自动返回一个表示这条小狗的实例。我们将这个实例存储在变量my_dog中。在这里,命名约定很有用,我们通常可以认为首字母大写的名称(如 Dog)指的是类,而小写的名称(如my_dog)指的是根据类创建的实例。

  1. 访问属性
    要访问实例的属性,可使用句点表示法。我们编写了如下代码来访问my_dog的属性name的值:
    my_dog.name
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    句点表示法在Python中很常用,这种语法演示了Python如何获悉属性的值。在这里,Python先找到实例my_dog,再查找与这个实例相关联的属性name。在Dog类中引用这个属性时,使用的是self.name。然后我们使用同样的方法来获取属性age的值。
    输出如下:
    My dog’s name is Willie.
    My dog is 6 years old.
    复制代码

  2. 调用方法
    根据Dog类创建实例后,就可以使用句点表示法来调用Dog类中定义的任何方法。下面来让小狗蹲下和打滚:
    my_dog = Dog(‘willie’, 6)
    my_dog.sit()
    my_dog.roll_over()
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    要调用方法,可指定实例的名称(这里是my_dog)和要调用的方法,并用句点分隔它们。执行代码my_dog.sit()时,Python在类Dog中查找方法sit()并运行其代码。Python以同样的方式解读代码my_dog.roll_over()。
    这种语法很有用。如果给属性和方法指定了合适的描述性名称,如name、age、sit()和roll_over(),即便是从未见过的代码块,我们也能够轻松地推断出它是做什么的。

  3. 创建多个实例
    可按需求根据类创建任意数量的实例。下面再创建一个名为your_dog的实例:
    my_dog = Dog(‘willie’, 6)
    your_dog = Dog(‘lucy’, 3)
    print(“My dog’s name is ” + my_dog.name.title() + “.”)
    print(“My dog is ” + str(my_dog.age) + ” years old.”)
    my_dog.sit()
    print(“\nYour dog’s name is ” + your_dog.name.title() + “.”)
    print(“Your dog is ” + str(your_dog.age) + ” years old.”)
    your_dog.sit()
    复制代码
    在这个实例中,我们创建了两条小狗,它们分别名为Willie和Lucy。每条小狗都是一个独立的实例,有自己的一组属性,能够执行相同的操作:
    My dog’s name is Willie.
    My dog is 6 years old.
    Willie is now sitting.
    Your dog’s name is Lucy.
    Your dog is 3 years old.
    Lucy is now sitting.
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    就算我们给第二条小狗指定同样的名字和年龄,Python依然会根据Dog类创建另一个实例。 你可按需求根据一个类创建任意数量的实例,条件是将每个实例都存储在不同的变量中,或占用 列表或字典的不同位置。
    使用类和实例
    你可以使用类来模拟现实世界中的很多情景。类编写好后,你的大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上。你需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。你可以直接修改实例的属性,也可以编写方法以特定的方式进行修改。
    Car类
    下面来编写一个表示汽车的类,它存储了有关汽车的信息,还有一个汇总这些信息的方法:
    class Car():
    “””一次模拟汽车的简单尝试”””
    def init
    (self, make, model, year):
    “””初始化描述汽车的属性”””
    self.make = make
    self.model = model
    self.year = year
    def get_descriptive_name(self):
    “””返回整洁的描述性信息”””
    long_name = str(self.year) + ‘ ‘ + self.make + ‘ ‘ + self.model
    return long_name.title()
    my_new_car = Car(‘audi’, ‘a4’, 2016)
    print(my_new_car.get_descriptive_name())
    复制代码
    我们定义了方法__init__()。与前面的Dog类中一样,这个方法的第一个形参为self,我们还在这个方法中包含了另外三个形参:make、model和year。方法__init__()接受这些形参的值,并将它们存储在根据这个类创建的实例的属性中。创建新的Car实例时,我们需要指定其制造商、型号和生产年份。
    然后我们又定义了一个名为get_descriptive_name()的方法,它使用属性year、make和model创建一个对汽车进行描述的字符串,让我们无需分别打印每个属性的值。为在这个方法中访问属性的值,我们使用了self.make、self.model和self.year。我们根据Car类创建了一个实例,并将其存储到变量my_new_car中。接下来,我们调用方法get_descriptive_name(),指出我们拥有的是一辆什么样的汽车:
    2016 Audi A4
    复制代码
    给属性指定默认值
    类中的每个属性都必须有初始值,哪怕这个值是0或空字符串。在有些情况下,如设置默认值时,在方法__init__()内指定这种初始值是可行的,如果你对某个属性这样做了,就无需包含为它提供初始值的形参。
    下面来添加一个名为odometer_reading的属性,其初始值总是为0。我们还添加了一个名为
    read_odometer()的方法,用于读取汽车的里程表:
    class Car():
    def init
    (self, make, model, year):
    “””初始化描述汽车的属性”””
    self.make = make
    self.model = model
    self.year = year
    self.odometer_reading = 0
    def get_descriptive_name(self):
    “””返回整洁的描述性信息”””
    long_name = str(self.year) + ‘ ‘ + self.make + ‘ ‘ + self.model
    return long_name.title()

    def read_odometer(self):
    “””打印一条指出汽车里程的消息”””
    print(“This car has ” + str(self.odometer_reading) + ” miles on it.”)

my_new_car = Car(‘audi’, ‘a4’, 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.read_odometer()
复制代码
现在,当Python调用方法__init__()来创建新实例时,将像前一个示例一样以属性的方式存储制造商、型号和生产年份。接下来,Python将创建一个名为odometer_reading的属性,并将其初始值设置为0。我们还定义了一个名为read_odometer()的方法,它让你能够轻松地获悉汽车的里程。
一开始汽车的里程为0:
2016 Audi A4
This car has 0 miles on it.
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出售时里程表读数为0的汽车并不多,因此我们需要一个修改该属性的值的途径。
修改属性的值
可以以三种不同的方式修改属性的值:直接通过实例进行修改;通过方法进行设置;通过方 法进行递增(增加特定的值)。下面依次介绍这些方法。

  1. 直接修改属性的值
    要修改属性的值,最简单的方式是通过实例直接访问它。下面的代码直接将里程表读数设置为23:
    my_new_car = Car(‘audi’, ‘a4’, 2016)
    print(my_new_car.get_descriptive_name())
    my_new_car.odometer_reading = 23
    my_new_car.read_odometer()
    复制代码
    我们使用句点表示法来直接访问并设置汽车的属性odometer_reading。这行代码让 Python在实例my_new_car中找到属性odometer_reading,并将该属性的值设置为23:
    2016 Audi A4
    This car has 23 miles on it.
    复制代码
    有时候需要像这样直接访问属性,但其他时候需要编写对属性进行更新的方法。
  2. 通过方法修改属性的值
    如果有替你更新属性的方法,将大有裨益。这样,你就无需直接访问属性,而可将值传递给一个方法,由它在内部进行更新。下面的示例演示了一个名为update_odometer()的方法:
    class Car():

    前面的代码省略

    def update_odometer(self, mileage):
    “””将里程表读数设置为指定的值”””
    self.odometer_reading = mileage

my_new_car = Car(‘audi’, ‘a4’, 2016)
print(my_new_car.get_descriptive_name())
my_new_car.update_odometer(23)
my_new_car.read_odometer()
复制代码
对Car类所做的唯一修改是,添加了方法update_odometer()。这个方法接受一个里程值,并将其存储到self.odometer_reading中。然后我们调用了update_odometer(),并向它提供了实参23(该实参对应于方法定义中的形参mileage)。它将里程表读数设置为23;而方法read_odometer()打印该读数:
2016 Audi A4
This car has 23 miles on it.
复制代码
可对方法update_odometer()进行扩展,使其在修改里程表读数时做些额外的工作。下面来添加一些逻辑,禁止任何人将里程表读数往回调:
class Car():
#### 前面的代码省略
def update_odometer(self, mileage):
“””将里程表读数设置为指定的值 禁止将里程表读数往回调”””
if mileage >= self.odometer_reading:
self.odometer_reading = mileage
else:
print(“You can’t roll back an odometer!”)
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现在,update_odometer()在修改属性前检查指定的读数是否合理。如果新指定的里程 (mileage)大于或等于原来的里程(self.odometer_reading),就将里程表读数改为新指定的里程,否则就发出警告,指出不能将里程表往回拨。
3. 通过方法对属性的值进行递增
有时候需要将属性值递增特定的量,而不是将其设置为全新的值。假设我们购买了一辆二手
车,且从购买到登记期间增加了100英里的里程,下面的方法让我们能够传递这个增量,并相应地增加里程表读数:
class Car():

def increment_odometer(self, miles):
“””将里程表读数增加指定的量”””
self.odometer_reading += miles

my_used_car = Car(‘subaru’, ‘outback’, 2013)
print(my_used_car.get_descriptive_name())
my_used_car.update_odometer(23500)
my_used_car.read_odometer()
my_used_car.increment_odometer(100)
my_used_car.read_odometer()
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新增的方法increment_odometer()接受一个单位为英里的数字,并将其加入到self.odometer_reading中。然后我们创建了一辆二手车——my_used_car。我们调用方法update_odometer()并传入23500,将这辆二手车的里程表读数设置为23500。然后我们调用increment_odometer()并传入100,以增加从购买到登记期间行驶的100英里:
2013 Subaru Outback
This car has 23500 miles on it.
This car has 23600 miles on it.
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你可以轻松地修改这个方法,以禁止增量为负值,从而防止有人利用它来回拨里程表。

小作业
15-1 用户:创建一个名为 User 的类,其中包含属性 first_name 和 last_name。在类User中定义一个名为 describe_user()的方 法,它打印用户信息摘要,创建多个表示不同用户的实例,并对每个实例都调用上述两个方法。
15-2 在为完成练习 15-1 而编写的User类中,添加一个名为login_attempts的属性。编写一个名为increment_login_attempts()的方法,它将属性login_attempts 的值加 1。再编写一个名为 reset_login_attempts()的方法,它将属性login_attempts的值重置为0。根据User类创建一个实例,再调用方法increment_login_attempts()多次。打印属性login_attempts的值,确认它被正确地递增;然后,调用方法 reset_login_attempts(),并再次打印属性 login_attempts 的值,确认它被重置为0。

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