Python 类的高级特性和使用方法

arctic_fox / 2023-09-01 / 原文

Python 是一种面向对象的编程语言，类是 Python 中最基本的面向对象概念之一。在创建类时，我们可以通过一些高级特性和使用方法来扩展类的功能和行为。本文将介绍一些常见的 Python 类高级特性，并提供具体的实例来说明其用法。

继承

继承是 Python 面向对象编程中一个非常重要的概念。它允许我们从一个或多个基类（父类）中继承属性和方法 (此处不同于java，是可多继承)，并添加自己的特定行为。

下面是一个简单的继承示例：

class Animal:
    def speak(self):
        print("Animal is speaking...")
    
class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("Meow!")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("Woof!")

c = Cat()
c.speak()   # 输出：Meow!

d = Dog()
d.speak()   # 输出：Woof!

在上述代码中，我们定义了一个 Animal 基类和两个派生类 Cat 和 Dog，这两个派生类都从 Animal 类中继承了 speak 方法，并对它们自己的方式进行了重写。当我们实例化一个 Cat 或 Dog 对象并调用 speak 方法时，程序会根据对象类型调用相应的方法。这种现象称为多态。

多态

多态是 Python 中另一个非常重要的面向对象特性。它允许不同的对象对相同的消息做出响应，即使它们的类型不同。

下面是一个简单的多态示例：

class Shape:
    def area(self):
        pass
    
class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, length):
        self.width = width
        self.length = length
        
    def area(self):
        return self.width * self.length
    
class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
        
    def area(self):
        import math
        return math.pi * self.radius ** 2

shapes = [Rectangle(4, 5), Circle(7)]
for shape in shapes:
    print(shape.area())

在上述代码中，我们定义了一个 Shape 基类和两个派生类 Rectangle 和 Circle，它们都实现了 area 方法。然后我们创建一个包含两个不同形状的列表，并遍历该列表并分别调用它们的 area 方法。由于不同的形状类型有不同的计算方法，因此调用相同的方法名 area 会得到不同的结果。这正是多态的体现。

类装饰器

类装饰器是修饰类的函数或类，可以用于修改类的行为或元数据。其中比较常见的类装饰器是 @classmethod 和 @staticmethod。

下面是一个类装饰器示例：

class MyClass:
    count = 0
    
    def __init__(self):
        MyClass.count += 1
    
    @classmethod
    def get_count(cls):
        return cls.count
    
    @staticmethod
    def hello():
        print("Hello, world!")
        
m1 = MyClass()
m2 = MyClass()
print(MyClass.get_count())  # 输出：2
MyClass.hello()             # 输出：Hello, world!

，它会返回当前类的实例数量，而调用 hello 方法则会输出一条问候消息。需要注意的是，因为 get_count 方法使用了装饰器 @classmethod，所以它的第一个参数是 cls，而不是 self。

属性装饰器

属性装饰器是修饰类属性的函数，可以用于对属性的读取和写入进行控制，包括限制访问权限、动态计算属性值等。

下面是一个属性装饰器示例：

class Person:
    def __init__(self, name):
        self._name = name
    
    @property
    def name(self):
        print("Getting name...")
        return self._name
    
    @name.setter
    def name(self, value):
        print("Setting name...")
        self._name = value

p = Person("Alice")
print(p.name)   # 输出：Getting name... Alice
p.name = "Bob"  # 输出：Setting name...
print(p.name)   # 输出：Getting name... Bob

上下文管理器

上下文管理器是支持 with 语句的对象，可以用于控制代码块的上下文行为。在 Python 中，实现上下文管理器需要定义两个方法 __enter__ 和 __exit__。

下面是一个上下文管理器示例：

class OpenFile:
    def __init__(self, filename, mode):
        self.filename = filename
        self.mode = mode
        
    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, self.mode)
        return self.file
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.file.close()

with OpenFile("test.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, world!")

在上述代码中，我们定义了一个 OpenFile 类，它接受两个参数 filename 和 mode，并在 __enter__ 方法中打开文件，并在 __exit__ 方法中关闭文件。

然后我们使用 with 语句创建一个上下文管理器，并在代码块中使用文件对象 f 写入一些数据。由于使用了上下文管理器，在代码块结束时，程序会自动关闭文件，而不需要手动调用 close 方法。

元类

元类是创建类的类，可以用于控制类的创建过程，包括修改类的属性和方法、验证类的结构和行为等。在 Python 中，可以通过编写元类来实现自定义类的创建方式。

下面是一个元类示例：

class MyMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        print("Creating class...")
        if "x" not in attrs:
            attrs["x"] = 100
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

class MyClass(metaclass=MyMeta):
    y = 200

print(MyClass.x)  # 输出：100

在上述代码中，我们定义了一个元类 MyMeta，它重写了 __new__ 方法，并在其中添加了一些自定义逻辑。然后我们定义了一个类 MyClass，并将其元类指定为 MyMeta。当我们实例化 MyClass 对象并调用 x 属性时，程序会自动执行元类的 __new__ 方法，并输出一条信息，同时在类定义中添加了一个新的属性 x 并赋初始值 100。