了解有关Python语言构建模块的所有信息

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Python很容易学习。 但是，它具有某些难以理解的方面，例如类和对象的世界。 在本文中，您将学习：

· 在Python中，一切都是对象

· 如何创建自己的类和对象

· 什么是继承，以及如何利用它来发挥自己的优势

通过使Python对象神秘化，您对语言的理解将大大增加！

对象

对象在Python中起着核心作用。 让我们来看看如何加深对主题的理解。

引擎盖下

您可能知道内置的len函数。 它返回您给它的对象的长度。 但是，数字五的长度是多少？ 让我们问一下Python：

>>> len(5)

Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module>TypeError: object of type 'int' has no len()

我喜欢错误，因为它们说明了Python在内部的工作方式。 在这种情况下，Python告诉我们5是一个对象，并且没有len（）。

在Python中，一切都是对象。 字符串，布尔值，数字甚至函数都是对象。

我们可以使用内置函数dir（）检查REPL中的对象。 当我们在数字5上尝试dir时，它将显示出一个包含在任何数字对象中的函数的大列表：

>>> dir(5)

['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', ...'__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'numerator', 'real', 'to_bytes']

为了清楚起见，我将列表略去了一些。

该列表以这些带有下划线的怪异命名函数开头，例如__add__。 这些方法称为魔术方法或dunder（双下划线的缩写）方法。

如果仔细观察，您会发现int类型的对象没有__len__ dunder方法。 这就是Python的len（）函数如何知道数字没有长度的原因。 len（）所做的全部工作就是在提供它的对象上调用__len __（）方法。 这也是为什么Python抱怨" int"类型的对象没有len（）的原因。

我在这里随便介绍了方法一词。 让我更正式地定义它：

当函数是对象的一部分时，我们称其为方法。

因此，如果字符串确实有长度，那么它必须具有__len__方法，对吗？ 找出答案吧！

>>> dir("test")

['__add__', '__class__','__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

是的，那里。 由于这是一种方法，因此我们也可以调用它：

>>> "test".__len__()

4

这等效于len（" test"），但不够优雅。 所以不要这样做，只是为了说明这些东西是如何工作的。

dir（）还向我们展示了其他一些不太神奇的方法。 随意尝试一些，例如islower：

>>> "test".islower()

True

此方法检查整个字符串是否为小写，因此Python返回布尔值True。 其中一些方法需要一个或多个参数，例如replace：

>>> 'abcd'.replace('a', 'b')

'bbcd'

它将所有出现的" a"替换为" b"。

什么是对象

现在我们已经使用了对象，并且知道Python中的所有内容都是对象，是时候定义什么是对象了：

对象是数据（变量）的集合以及对该数据进行操作的方法

对象和面向对象的编程是在1990年代初期流行的概念。 像C这样的早期计算机语言没有对象的概念。 但是，事实证明，对象是人类易于理解的范例-可用于对许多现实情况进行建模。

如今，大多数（如果不是全部）新语言都具有对象的概念。 因此，您将要学习的内容在概念上也将适用于其他语言。

由于对象是Python语言的基础，因此您也可以自己创建对象，这是合乎逻辑的。 为此，我们需要首先定义一个类。

类

如果要创建自己的对象类型，则首先需要定义它具有的方法和可以容纳的数据。 该蓝图称为类。

类是对象的蓝图

所有对象都基于一个类。 创建对象时，我们将其称为"创建类的实例"。 字符串，数字甚至布尔值也是类的实例。 让我们探索一下内置函数类型：

>>> type('a')

<class 'str'>

>>> type(1)

<class 'int'>

type(True)

<class 'bool'>

显然，有一些类叫做str，int和bool。 这些是Python的一些本机类，但我们也可以构建自己的类！

如果没有汽车的类比，那么没有一部教程是完整的，因此让我们创建一个代表汽车的类。 输入的内容很多，您必须重新开始每个错误。 随时尝试，但是如果您想走捷径，我了解。 只需将以下内容复制并粘贴到您的Python REPL中：

class Car: 
	speed = 0 
	started = False 

	def start(self): 
  	self.started = True 
		print("Car started, let's ride!")
	
	def increase_speed(self, delta): 
  	if self.started: 
    	self.speed = self.speed + delta 
			print('Vrooooom!') 
		else: 
    	print("You need to start the car first") 

	def stop(self): 
  	self.speed = 0 
		print('Halting')

不用担心，我们将逐步进行介绍，但首先创建并使用Car类型的对象：

>>> car = Car()

>>> car.increase_speed(10)

You need to start the car first

>>> car.start()

Car started, let's ride!

>>> car.increase_speed(40)

Vrooooom!

>>> _

对象始终是类的实例。 一类可以有许多实例。 我们只是使用Car（）创建了Car类的实例，并将其分配给可变car。 创建实例就像调用函数一样-稍后将了解原因。

接下来，我们在汽车对象上调用一种方法：尝试在尚未启动时提高其速度。 糟糕！ 只有在启动汽车后，我们才能提高速度并享受它发出的噪音。

现在，让我们逐步了解一下汽车课：

· 使用class语句后跟类名（Car）定义类。 我们从冒号开始缩进代码块。

· 我们定义了两个变量，速度和开始。 这是此类的所有实例将具有的数据。

· 接下来，我们定义了对变量进行操作的三种方法。

在这些方法的定义中，我们遇到了一些奇怪的事情：它们都有一个名为self的参数作为它们的第一个参数。

什么是Self？

老实说，如果您问我，这是Python不太优雅的语言构造之一。

还记得我们在调用car对象上的方法时，例如car.start（）吗？ 即使start被定义为类中的start（self），我们也不必传递self变量。

这是正在发生的事情：

· 当我们在对象上调用方法时，Python会自动填充第一个变量，我们习惯将其称为self

· 第一个变量是对对象本身的引用，因此它的名称

· 我们可以使用此变量来引用该对象的其他实例变量和函数，例如self.speed和self.start（）。

因此，仅在类定义内部，我们才使用self来引用属于实例的变量。 要修改属于我们课程一部分的开始变量，我们使用self.started而不是仅仅启动。

通过使用self，我们可以很清楚地了解到我们正在对该实例进行操作的变量，而不是在对象外部定义且碰巧具有相同名称的其他变量。

从一个类创建多个对象

由于类只是一个蓝图，因此您可以使用它来创建多个对象，就像可以制造多个外观相同的汽车一样。 它们的行为都相似，但是它们都有自己的数据，这些数据不会在对象之间共享：

>>> car1 = Car()

>>> car2 = Car()

>>> id(car1)

139771129539104

>>> id(car2)

139771129539160

我们在这里创建了两个car对象car1和car2，并使用内置方法id（）来获取它们的id。 Python中的每个对象都有一个唯一的标识符，因此我们只是证明我们从同一类创建了两个不同的对象。 我们可以独立使用它们：

>>> car1.start()

Car started, let's ride!

>>> car1.increase_speed(10)

'Vrooom!'

>>> car1.speed

10

>>> car2.speed

0

我们刚刚启动了car1并提高了速度，而car2仍然暂停。 检查速度可以确认这是状态不同的不同汽车！

构造函数

从类创建对象时，看起来我们正在调用一个函数：

car = Car()

但这不只是看起来像我们在调用函数，实际上是在调用函数！ 我们不必定义的此方法称为构造函数。 它构造并初始化对象。 默认情况下，每个类都有一个名为__init__的类，即使我们自己没有定义它。 这与继承有关，您将很快了解。

您是否曾经使用过str（）函数将对象转换为类？ 还是int（）函数将字符串转换为数字？

>>> 'a' + str(1)

'a1'

>>> int('2') + 2

4

您实际上在这里所做的就是通过调用str和int类的构造函数来创建类型为str和int的新对象。

我们也可以重写__init__方法，以通过接受参数来赋予它更多的功能。 让我们使用自定义构造函数重新定义Car类：

class Car: 
	def __init__(self, started = False, speed = 0): 
  	self.started = started 
		self.speed = speed 

	def start(self): 
  	self.started = True 
		print("Car started, let's ride!") 

	def increase_speed(self, delta): 
  	if self.started: 
    	self.speed = self.speed + delta 
			print("Vrooooom!") 
		else: 
    	print("You need to start the car first") 
	
	def stop(self): 
  	self.speed = 0

我们的自定义构造函数已使用默认值命名参数，因此我们可以通过多种方式创建Car类的实例：

>>> c1 = Car()

>>> c2 = Car(True)

>>> c3 = Car(True, 50)

>>> c4 = Car(started=True, speed=40)

您可能已经注意到，我们现在可以创建未启动但仍要提高速度的新车。 现在，让我们就这样了。

继承

在编程中，最好重用尽可能多的代码。 这种做法甚至有一个很好的缩写，叫做DRY：不要重复自己。

类可以帮助您避免重复代码，因为您可以编写一次类并根据该类创建许多对象。 但是，它们还以另一种方式（称为继承）帮助您。 类可以继承其他类的属性和函数，因此您不必重复自己的工作。

举例来说，我们希望Car类继承Vehicle类的一些基础知识。 并且，在定义的同时，还定义了Motorcycle类。 从示意图上看，它看起来像这样：

> Inheritance — image by author

 

我们已经看到继承在起作用。 还记得我曾告诉您，即使您没有定义一个类，每个类都有一个构造函数（init）吗？ 这是因为每个类都继承自Python中最基础的类，即object：

>>> dir(object)

['__class__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__']

当我告诉您" Python中的一切都是对象"时，我的意思就是一切。 这包括类，并且您可以看到我们也可以在类上使用dir（）。 它表明该对象具有__init__方法。 不错，不是吗？

继承映射到许多现实情况。 根据上图，我们来看看继承的作用。 我们将从通用的Vehicle类开始：

class Vehicle: 
	def __init__(self, started = False, speed = 0): 
  	self.started = started 
		self.speed = speed 

	def start(self): 
  	self.started = True 
		print("Started, let's ride!") 

	def stop(self): 
  	self.speed = 0 

	def increase_speed(self, delta): 
  	if self.started: 
    	self.speed = self.speed + delta 
			print("Vrooooom!") 
		else: 
    	print("You need to start me first")

现在，我们可以使用继承重新定义我们的Car类：

class Car(Vehicle): 
	trunk_open = False 

	def open_trunk(self): 
  	trunk_open = True 
	def close_trunk(self): 
  	trunk_open = False

我们的汽车继承了Vehicle类的所有方法和变量，但添加了一个额外的变量和两个方法来操作后备箱。

覆盖init方法

有时您想覆盖init函数。 为了演示，我们可以创建一个Motorcycle类。 大多数摩托车都有中央支架。 我们将添加将其放入或初始化的功能：

class Motorcycle(Vehicle): 
	def __init__(self, center_stand_out = False): 
  	self.center_stand_out = center_stand_out 
		super().__init__()

当您重写构造函数时，根本不会调用父类（我们从中继承）的构造函数。 如果仍然需要该功能，则必须自己调用它。 这是通过super（）完成的：它返回对父类的引用，因此我们可以调用父类的构造函数。

在这种情况下，我们增加了中置支架的功能，但删除了在构造函数中设置速度和启动状态的选项。 如果需要，您也可以添加速度和启动状态选项，并将其传递给Vehicle构造函数。

覆盖其他方法

就像__init__一样，我们也可以覆盖其他方法。 例如，如果您要实施不启动的摩托车，则可以覆盖启动方法：

class Motorcycle(Vehicle): 
	def __init__(self, center_stand_out = False): 
  	self.center_stand_out = center_stand_out 
		super().__init__() 

	def start(self): 
  	print("Sorry, out of fuel!")

感谢您的阅读。 如果您想了解有关Python的更多信息，请确保在https://python3.guide上查看我的详尽指南。

(本文翻译自Erik van Baaren的文章《The Most Important Python Concept That You Need to Understand》，参考：https://towardsdatascience.com/the-most-important-python-concept-that-you-need-to-understand-985b98bbb84)