python基础篇(十四)——类(上)
作者：互联网
前言
我们前面通过三篇文章来详细为大家讲解了Python中的函数，包括如何编写函数、如何传递实参以及如何使用实参和关键字实参。从本文开始，为大家介绍Python中的类，首先为大家介绍创建和使用类。
一、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，而是任何小狗小狗。对于大多数宠物狗，我们都知道些什么呢？他们都有名字和年龄；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。
1、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，具体实现如下：
class Dog():
"""一次模拟小狗的简单尝试"""
def __init__(self, name, age):
"""初始化属性的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!")
这里需要注意的地方很多，但你也不用担心，本文以及接下来的两篇文章均会有着很多类似的结构，我们会有大把的机会熟悉其结构。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。我们接着编写一个文档字符串，对这个类的功能作了描述。
类中的函数称为方法；我们前面学到的有关函数的一切都适用于方法，就目前而言，唯一重要的差别是调用方法的方式。另外通过__init__()是一个特殊的方法，每当我们根据Dog类创建实例时，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。为何必须在方法定义中包含形参self呢？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，它是一个指向实例本身的引用，让实例能够访问类中属性和方法。我们创建Dog实例时，Python将调用Dog类的方法__init__()。我们将通过实例向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。
接着我们定义的两个变量都有前缀self。以self为前缀的变量都可提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，如名字和年龄，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。它们只是打印一条信息，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的游戏中，这些方法将包含创建小狗蹲下和打滚动画效果代码。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。
2、根据类创建实例
可将类视为有关如何创建实例的说明。Dog类是一些列说明，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，具体实现如下：
class Dog():
"""一次模拟小狗的简单尝试"""
def __init__(self, name, age):
"""初始化属性的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!")
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.")
这里使用的是前一个示例中编写 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小狗的示例。我们将这个实例存储在变量my_dog中。具体执行结果如下：
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
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。另外，我们使用同样的方法来获取属性age的值。在前面的第1条print语句中，my_dog.name.title()将my_dog的属性name值willie改为首字母大写的；在第2条print语句中，str(my_dog.age)将my_dog的属性age的值6转换为字符串。
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。下面实现让小狗蹲下和打滚，具体实现如下：
class Dog():
"""一次模拟小狗的简单尝试"""
def __init__(self, name, age):
"""初始化属性的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!")
my_dog = Dog('willie', 6)
my_dog.sit()
my_dog.roll_over()
要调用方法，可指定实例名称(这里是my_dog)和要调用方法，并用句点分隔它们。遇到代码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()。具体执行的结果如下：
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实例，具体实现如下：
class Dog():
"""一次模拟小狗的简单尝试"""
def __init__(self, name, age):
"""初始化属性的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!")
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()
在这个实例中，我们创建了两条小狗，它们分别为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，具体执行结果如下：
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。我们可以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变量中，或占用列表或字典的不同位置。
二、使用类和实例
我们可以使用来模拟现实世界中的很多情景。类编写好后，我们大部分时间都将花在使用根据类创建的实例上。我们需要执行的一个重要任务是修改实例的属性。我们可以直接修改实例的属性，也可以编写的方法以特定的方式进行修改。
1、Car类
下面我们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；具体实现如下：
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())
我们首先定义了方法__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。
另外，我们定义了一个名称为get_descriptive_name()的方法，它使用属性year、make、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、self.year。最后，我们根据Car类创建了一个实例，并将存储到变量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，具体执行结果如下：
为让这个类更有趣，下面给它添加一个随时间变化的属性，它存储汽车的总里程。
2、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，如果设置默认值时，在方法__init__()内指定这种初始值是可行的；如果我们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()的用法，用于读取汽车的里程表，具体实现如下：
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
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()
现在，当Python调用方法__init__()来创建实例时，将像前一个示例一样以属性的方法存储制造商、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。另外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，具体执行结果如下：
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。
3、修改属性的值
可以以三种不同方法修改属性的值；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，具体实现如下：
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
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.odometer_reading = 23
my_new_car.read_odometer()
我们使用句点表示法来直接访问并设置汽车的属性odometer_reading。这些代码让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，具体执行结果如下：
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，我们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。下面实例演示了一个名为update_odometer()的方法，具体实现如下：
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
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.")
def update_odometer(self, mileage):
"""将这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()
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。另外，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，具体执行结果如下：
我们还可以对方法update_odometer()进行扩展，使其再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，具体实现如下：
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
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.")
def update_odometer(self, mileage):
"""
将这里程表读数设置为指定的值
禁止将这里程表读数往回调
"""
if mileage >= self.odometer_reading:
self.odometer_reading = mileage
else:
print("Your can't roll back an odometer!")
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()
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，否则就会发出警告，指出不能将里程表往回拔。具体执行结果如下：
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，具体实现如下：
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
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.")
def update_odometer(self, mileage):
"""
将这里程表读数设置为指定的值
禁止将这里程表读数往回调
"""
if mileage >= self.odometer_reading:
self.odometer_reading = mileage
else:
print("Your can't roll back an odometer!")
def increment_odoemeter(self, miles):
"""将里程表读数增加指定的量"""
self.odometer_reading += miles
my_used_car = Car('sunaru', 'outback', 2013)
print(my_used_car.get_descriptive_name())
my_used_car.update_odometer(23500)
my_used_car.read_odometer()
my_used_car.increment_odoemeter(100)
my_used_car.read_odometer()
我们新增的方法increment_odoemeter()接受一个单位位英里的数字，并将其加入列到self.odometer_reading中。接着我们创建了一辆二手车——my_used_car。另外，我们调用方法update_odometer()并传入了23500，将这辆二手车的里程表读数设置为23500.最后，我们调用increment_odoemeter()并传入100，以增加从购买到登记期间行驶的100英里，具体执行的结果如下：
我们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。这里需要我们注意的是：我们可以使用类似于上面的方法来控制用户修改属性值(如果里程表读数)的方式，但能够访问程序的人都可以通过直接访问属性来将里程表修改为任何值。要确保安全，除了进行类似于前面的基本检查外，还需特别注意细节。
总结
我们前面通过三篇文章来详细为大家讲解了Python中的函数，包括如何编写函数、如何传递实参以及如何使用实参和关键字实参。从本文开始，为大家介绍Python中的类。本文给大家介绍了类的创建和使用，以一个案例来为大家详细介绍了类中的实例。Python是一门注重实际操作的语言，它是众多编程语言中最简单，也是最好入门的。当你把这门语言学会了，再去学习java、go以及C语言就比较简单了。当然，Python也是一门热门语言，对于人工智能的实现有着很大的帮助，因此，值得大家花时间去学习。生命不息，奋斗不止，我们每天努力，好好学习，不断提高自己的能力，相信自己一定会学有所获。加油！！！
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