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11 封装

面向对象学习目录

  从封装本身的意思去理解,封装就好像是拿来一个麻袋,把小猫,小狗,小王八,还有alex一起装进麻袋,然后把麻袋封上口子。但其实这种理解相当片面

1 面向对象介绍

一 封装什么

  • 你钱包的有多少钱(数据的封装)
  • 你的性取向(数据的封装)
  • 你撒尿的具体功能是怎么实现的(方法的封装)

2
类、实例、属性、方法详解

二 为什么要封装

封装数据的主要原因是:保护隐私(作为男人的你,脸上就写着:我喜欢男人,你害怕么?)

封装方法的主要原因是:隔离复杂度(快门就是傻瓜相机为傻瓜们提供的方法,该方法将内部复杂的照相功能都隐藏起来了,比如你不必知道你自己的尿是怎么流出来的,你直接掏出自己的接口就能用尿这个功能)

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),就是函数,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。

3
面向过程与面向对象进一步比较

三 封装分为两个层面

封装其实分为两个层面,但无论哪种层面的封装,都要对外界提供好访问你内部隐藏内容的接口(接口可以理解为入口,有了这个入口,使用者无需且不能够直接访问到内部隐藏的细节,只能走接口,并且我们可以在接口的实现上附加更多的处理逻辑,从而严格控制使用者的访问)

第一个层面的封装(什么都不用做):创建类和对象会分别创建二者的名称空间,我们只能用类名.或者obj.的方式去访问里面的名字,这本身就是一种封装

>>> r1.nickname
'草丛伦'
>>> Riven.camp
'Noxus'

注意:对于这一层面的封装(隐藏),类名.和实例名.就是访问隐藏属性的接口

第二个层面的封装:类中把某些属性和方法隐藏起来(或者说定义成私有的),只在类的内部使用、外部无法访问,或者留下少量接口(函数)供外部访问。

在python中用双下划线的方式实现隐藏属性(设置成私有的)

类中所有双下划线开头的名称如__x都会自动变形成:_类名__x的形式:

class A:
    __N=0 #类的数据属性就应该是共享的,但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为_A__N
    def __init__(self):
        self.__X=10 #变形为self._A__X
    def __foo(self): #变形为_A__foo
        print('from A')
    def bar(self):
        self.__foo() #只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到.

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。

注意:对于这一层面的封装(隐藏),我们需要在类中定义一个函数(接口函数)在它内部访问被隐藏的属性,然后外部就可以使用了

也可以通过特性property来解决。

这种变形需要注意的问题是:

1.这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性,知道了类名和属性名就可以拼出名字:_类名__属性,然后就可以访问了,如a._A__N

>>> a=A()
>>> a._A__N
>>> a._A__X
>>> A._A__N

2.变形的过程只在类的定义是发生一次,在定义后的赋值操作,不会变形

图片 1

3.在继承中,父类如果不想让子类覆盖自己的方法,可以将方法定义为私有的

#正常情况
>>> class A:
...     def fa(self):
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.fa()
... 
>>> class B(A):
...     def fa(self):
...         print('from B')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from B

 

#把fa定义成私有的,即__fa
>>> class A:
...     def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
...         print('from A')
...     def test(self):
...         self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
... 
>>> class B(A):
...     def __fa(self):
...         print('from B')
... 
>>> b=B()
>>> b.test()
from A

python并不会真的阻止你访问私有的属性,模块也遵循这种约定,如果模块名以单下划线开头,那么from
module import *时不能被导入,但是你from module import
_private_module依然是可以导入的

其实很多时候你去调用一个模块的功能时会遇到单下划线开头的(socket._socket,sys._home,sys._clear_type_cache),这些都是私有的,原则上是供内部调用的,作为外部的你,一意孤行也是可以用的,只不过显得稍微傻逼一点点

python要想与其他编程语言一样,严格控制属性的访问权限,只能借助内置方法如__getattr__,详见面向对象进阶

 

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多态是在定义角度

多态性是在调用角度(使用角度)

class A:
    def fa(self):
        print('from A')
    def test(self):
        self.fa()

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

b=B()
b.test()

class A:
    def __fa(self):
        print('from A')
    def test(self):
        self.__fa()

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

b=B()
b.test()

练习

 注:__名字,这种语法只在定义的时候才有变形的效果,如果类或对象已经产生了,就不会有变形得效果了。

 

4 类与对象

5
属性查找与绑定方法

6 小结

7 继承与派生

8 组合

9 抽象类

10 多态

11 封装

12
绑定方法与非绑定方法

13 内置方法(上)

14
内置方法(中)之描述符

15 内置方法(下)

16 元类


引子

  从封装本身的意思去理解,封装就好像是拿来一个麻袋,把小猫,小狗,小王八,还有alex一起装进麻袋,然后把麻袋封上口子。照这种逻辑看,封装=‘隐藏’,当然,这种理解是相当片面的。

先看如何隐藏

  在python中用双下划线开头的方式将属性隐藏起来(设置成私有的)

 1 #其实这仅仅这是一种变形操作
 2 #类中所有双下划线开头的名称如__x都会自动变形成:_类名__x的形式:
 3  
 4 class A:
 5     __N=0 #类的数据属性就应该是共享的,但是语法上是可以把类的数据属性设置成私有的如__N,会变形为_A__N
 6     def __init__(self):
 7         self.__X=10 #变形为self._A__X
 8     def __foo(self): #变形为_A__foo
 9         print('from A')
10     def bar(self):
11         self.__foo() #只有在类内部才可以通过__foo的形式访问到.
12  
13 #A._A__N是可以访问到的,即这种操作并不是严格意义上的限制外部访问,仅仅只是一种语法意义上的变形

 

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。

这种变形需要注意的问题是:

  1、这种机制也并没有真正意义上限制我们从外部直接访问属性,知道了类名和属性名就可以拼出名字:_类名__属性,然后就可以访问了,如a._A__N,虽然不会这么做

  2、变形的过程只在类的定义时发生,且仅变形一次,在类定义外的赋值操作,不会变形

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图片 5

  3、在继承中,父类如果不想让子类覆盖自己的方法,可以将方法定义为私有的

 1 #正常情况
 2 >>> class A:
 3         ...
 4         def fa(self):
 5             ... 
 6             print('from A')
 7             ... 
 8         def test(self):
 9             ... 
10             self.fa()
11             ...
12 >>> class B(A):
13         ... 
14         def fa(self):
15             ... 
16             print('from B')
17             ...
18 >>> b=B()
19 >>> b.test()
20 from B
21  
22  
23 #把fa定义成私有的,即__fa
24 >>> class A:
25         ... 
26         def __fa(self): #在定义时就变形为_A__fa
27             ... 
28             print('from A')
29             ... 
30         def test(self):
31             ... 
32             self.__fa() #只会与自己所在的类为准,即调用_A__fa
33             ...
34 >>> class B(A):... 
35         def __fa(self):
36             ... 
37             print('from B')、
38             ...
39 >>> b=B()
40 >>> b.test()
41 from A

 

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。

 1 class Teacher:
 2     def __init__(self,name,age):
 3         self.__name=name
 4         self.__age=age
 5  
 6     def tell_info(self):
 7         print('姓名:%s,年龄:%s' %(self.__name,self.__age))
 8     def set_info(self,name,age):
 9         if not isinstance(name,str):
10             raise TypeError('姓名必须是字符串类型')
11         if not isinstance(age,int):
12             raise TypeError('年龄必须是整型')
13         self.__name=name
14         self.__age=age
15  
16 t=Teacher('egon',18)
17 t.tell_info()
18  
19 t.set_info('egon',19)
20 t.tell_info()

 

2:封装方法:目的是隔离复杂度

 1 #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
 2 #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
 3 #隔离了复杂度,同时也提升了安全性
 4  
 5 class ATM:
 6     def __card(self):
 7         print('插卡')
 8     def __auth(self):
 9         print('用户认证')
10     def __input(self):
11         print('输入取款金额')
12     def __print_bill(self):
13         print('打印账单')
14     def __take_money(self):
15         print('取款')
16  
17     def withdraw(self):
18         self.__card()
19         self.__auth()
20         self.__input()
21         self.__print_bill()
22         self.__take_money()
23  
24 a=ATM()
25 a.withdraw()

 

封装方法的其他举例:

  1. 你的身体没有一处不体现着封装的概念:你的身体把膀胱尿道等等这些尿的功能隐藏了起来,然后为你提供一个尿的接口就可以了(接口就是你的。。。,),你总不能把膀胱挂在身体外面,上厕所的时候就跟别人炫耀:hi,man,你瞅我的膀胱,看看我是怎么尿的。
  2. 电视机本身是一个黑盒子,隐藏了所有细节,但是一定会对外提供了一堆按钮,这些按钮也正是接口的概念,所以说,封装并不是单纯意义的隐藏!!!
  3. 快门就是傻瓜相机为傻瓜们提供的方法,该方法将内部复杂的照相功能都隐藏起来了

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。

   接口函数,与接口的概念还不一样,接口代表一组接口函数的集合体。

特性(property)

什么是特性property

      
 property是一种特殊的属性,访问它时会执行一段功能(函数)然后返回值

例一:BMI指数(bmi是计算而来的,但很明显它听起来像是一个属性而非方法,如果我们将其做成一个属性,更便于理解)

  成人的BMI数值:

  过轻:低于18.5

  正常:18.5-23.9

  过重:24-27

  肥胖:28-32

  非常肥胖, 高于32

  体质指数(BMI)=体重(kg)÷身高^2(m)

  EX:70kg÷(1.75×1.75)=22.86

 1 class People:
 2     def __init__(self,name,weight,height):
 3         self.name=name
 4         self.weight=weight
 5         self.height=height
 6     @property
 7     def bmi(self):
 8         return self.weight / (self.height**2)
 9  
10 p1=People('egon',75,1.85)
11 print(p1.bmi)

 

例二:圆的周长和面积

 1 import math
 2 class Circle:
 3     def __init__(self,radius): #圆的半径radius
 4         self.radius=radius
 5  
 6     @property
 7     def area(self):
 8         return math.pi * self.radius**2 #计算面积
 9  
10     @property
11     def perimeter(self):
12         return 2*math.pi*self.radius #计算周长
13  
14 c=Circle(10)
15 print(c.radius)
16 print(c.area) #可以向访问数据属性一样去访问area,会触发一个函数的执行,动态计算出一个值
17 print(c.perimeter) 
18 #同上
19 '''
20 输出结果:
21 10
22 314.1592653589793
23 62.83185307179586
24 '''

注意:此时的特性area和perimeter不能被赋值!

1 c.area=3 #为特性area赋值
2 '''
3 抛出异常:
4 AttributeError: can't set attribute
5 '''

 

为什么要用property?

  将一个类的函数定义成特性以后,对象再去使用的时候obj.name,根本无法察觉自己的name是执行了一个函数然后计算出来的,这种特性的使用方式遵循了统一访问的原则(将函数计算得到的数值结果也以数据属性方式访问)

  

  除此之外,看下面的介绍——

ps:面向对象的封装有三种方式:

【public】

  这种其实就是不封装,是对外公开的

【protected】

  这种封装方式对外不公开,但对朋友(friend)或者子类(形象的说法是“儿子”,但我不知道为什么大家不说“女儿”,就像“parent”本来是“父母”的意思,但中文都是叫“父类”)公开

【private】

  这种封装对谁都不公开

 

  python并没有在语法上把它们三个内建到自己的class机制中,在C++里一般会将所有的数据都设置为私有的,然后提供set和get方法(接口)去设置和获取,在python中通过property方法可以实现

 1 class Foo:
 2     def __init__(self,val):
 3         self.__NAME=val #将所有的数据属性都隐藏起来
 4  
 5     @property
 6     def name(self):
 7         return self.__NAME #obj.name访问的是self.__NAME(这也是真实值的存放位置)
 8  
 9     @name.setter
10     def name(self,value):
11         if not isinstance(value,str): #在设定值之前进行类型检查
12             raise TypeError('%s must be str' %value)
13         self.__NAME=value #通过类型检查后,将值value存放到真实的位置self.__NAME
14  
15     @name.deleter
16     def name(self):
17         raise TypeError('Can not delete')
18  
19 f=Foo('egon')
20 print(f.name)# f.name=10 #抛出异常'TypeError: 10 must be str'
21 del f.name #抛出异常'TypeError: Can not delete'

 

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。

 1 #类的设计者
 2 class Room:
 3     def __init__(self,name,owner,width,length,high):
 4         self.name=name
 5         self.owner=owner
 6         self.__width=width
 7         self.__length=length
 8         self.__high=high
 9     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
10         return self.__width * self.__length

#使用者,一旦实例化r1房间,则r1房间的宽、长、高固定,无法修改
>>> r1=Room('卧室','egon',20,20,20)
>>> r1.tell_area() #使用者调用接口tell_area

 

 1 #类的设计者,轻松的扩展了功能(从计算面积变成计算体积),而类的使用者完全不需要改变自己的代码
 2 class Room:
 3     def __init__(self,name,owner,width,length,high):
 4         self.name=name
 5         self.owner=owner
 6         self.__width=width
 7         self.__length=length
 8         self.__high=high
 9     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
10         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()