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01 Python 面向对象

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Python 面向对象

1. 类的定义

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))

访问限制

  • __foo__ - 特殊方法，系统定义名字，类似 __init__()
  • _foo - 保护类型（protected），只能允许其本身与子类进行访问
  • __foo - 私有类型（private），只能允许这个类本身进行访问

2. 特殊方法（Dunder Methods）

Python 中以双下划线开头和结尾的特殊方法（称为 “dunder” 方法）为 Python 提供了强大的元编程能力。

2.1 对象生命周期

方法说明
__new__(cls[, ...])创建实例时调用（构造函数）
__init__(self[, ...])初始化实例
__del__(self)对象销毁时调用

2.2 字符串表示

方法说明
__str__(self)str(obj) 和 print(obj) 时调用
__repr__(self)repr(obj) 和交互式环境显示时调用
__format__(self, format_spec)格式化输出

2.3 比较运算符

__eq__(self, other)   # ==
__ne__(self, other)   # !=
__lt__(self, other)   # <
__le__(self, other)   # <=
__gt__(self, other)   # >
__ge__(self, other)   # >=

2.4 算术运算

__add__(self, other)      # +
__sub__(self, other)      # -
__mul__(self, other)      # *
__truediv__(self, other)  # /
__floordiv__(self, other) # //
__mod__(self, other)      # %
__pow__(self, other)      # **

2.5 容器类型行为

方法说明
__len__(self)len(obj) 时调用
__getitem__(self, key)obj[key] 获取元素
__setitem__(self, key, value)obj[key] = value 设置元素
__delitem__(self, key)del obj[key] 删除元素
__contains__(self, item)item in obj 时调用

2.6 可调用对象

__call__ 方法让对象可以像函数一样被调用。

class Adder:
    def __call__(self, a, b):
        return a + b
 
add = Adder()
print(add(3, 5))  # 输出: 8

核心概念：

  • 函数：像遥控器，调用时执行特定动作
  • 普通对象：像电视机，有属性和方法，但不能直接”按”
  • __call__：让”电视机”也变成”遥控器”

主要用途：

  1. 状态保持 - 在多次调用之间保留内部状态
class Counter:
    def __init__(self):
        self.count = 0
 
    def __call__(self):
        self.count += 1
        return self.count
 
counter = Counter()
print(counter())  # 1
print(counter())  # 2
  1. 实现装饰器
import time
 
class TimerDecorator:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
 
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = self.func(*args, **kwargs)
        print(f"耗时: {time.time() - start_time:.4f}秒")
        return result
 
@TimerDecorator
def my_task(duration):
    time.sleep(duration)
    return "完成"
 
my_task(1)

2.7 属性访问

__getattr__(self, name)      # 访问不存在的属性时
__getattribute__(self, name) # 访问任何属性时
__setattr__(self, name, value) # 设置属性时
__delattr__(self, name)      # 删除属性时

2.8 上下文管理器

方法说明
__enter__(self)进入 with 代码块时调用
__exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb)退出 with 代码块时调用

2.9 类的内置属性

hasattr(emp1, 'age')    # 如果存在 'age' 属性返回 True
getattr(emp1, 'age')    # 返回 'age' 属性的值
setattr(emp1, 'age', 8) # 添加属性 'age' 值为 8
delattr(emp1, 'age')    # 删除属性 'age'

常用内置属性：

  • __dict__ - 类的属性（包含一个字典）
  • __doc__ - 类的文档字符串
  • __name__ - 类名
  • __module__ - 类定义所在的模块
  • __bases__ - 类的所有父类构成元素

3. __slots__

__slots__ 用于显式声明类实例允许的属性，从而优化内存使用和提高属性访问速度。

核心作用

  1. 内存优化 - 用固定大小的数组替代字典存储属性，内存节省可达 30-50%
  2. 属性限制 - 限制实例只能拥有 __slots__ 中声明的属性
  3. 性能提升 - 属性访问速度更快

基本用法

class Person:
    __slots__ = ('name', 'age')
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
 
p = Person("Alice", 30)
p.gender = "Female"  # AttributeError

内存对比

import sys
 
class WithoutSlots:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
 
class WithSlots:
    __slots__ = ('x', 'y')
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
 
# 未使用 __slots__: 约 120-140 字节/实例
# 使用 __slots__: 约 32-48 字节/实例

继承行为

class Base:
    __slots__ = ('a', 'b')
 
class Derived(Base):
    __slots__ = ('c', 'd')  # 继承父类的 slots 并添加新的

适用场景

  • 需要创建大量实例的类（游戏实体、数据点、连接对象）
  • 需要严格控制属性的类
  • 性能敏感的应用

4. 特殊变量

变量说明示例
__name__模块的名称，直接运行时为 '__main__'if __name__ == '__main__':
__file__当前模块的文件路径print(__file__)
__doc__文档字符串func.__doc__
__package__当前模块所属的包名-
__annotations__类型注解字典{'a': int, 'return': str}
__all__控制 from module import * 导入的内容__all__ = ['func1']
__mro__方法解析顺序ClassA.__mro__
__bases__类的基类元组Child.__bases__
__subclasses__()获取类的直接子类列表Parent.__subclasses__()

5. 总结表格

类别特殊成员主要用途
对象生命周期__new__, __init__, __del__创建/初始化/销毁对象
字符串表示__str__, __repr__, __format__自定义对象显示
运算符重载__add__, __eq__, __lt__ 等重载运算符行为
容器行为__len__, __getitem__, __setitem__使对象像容器
属性控制__slots__, __getattr__, __setattr__控制属性访问
可调用对象__call__使实例可像函数调用
上下文管理__enter__, __exit__实现 with 语句
类关系__bases__, __mro__, __subclasses__类继承关系

关系图谱