python中Class(类)的超详细说明

Class 类

用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。

一个人（身高：一米八）要吃饭、喝水、睡觉；
一只老虎（体重：300斤）要奔跑、洗澡、捕猎。

一、名词定义

类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。
方法： 类中定义的函数。
类变量： 类变量在整个实例化的对象中是公用的。
- 一般位置：类变量定义在类中且在函数体之外。
- 固有属性由类变量表示。
- 类变量通常不作为实例变量使用。
- 对类变量的修改会影响到类的所有实例。
数据成员： 类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。
方法重写： 如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。
实例变量：
- 一般位置：在类的 __init__ 声明中。
- 属性是用变量来表示的，这种变量就称为实例变量，且一般是自定义属性。
局部变量：
- 一般位置：定义在方法中的变量。
- 只作用于当前实例（对象）的类。
- 一旦函数或方法执行完毕，局部变量就会被销毁。
- 局部变量与类本身无关，无论是在类的内部还是外部定义的方法中，都可以有局部变量。
继承： 即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的属性和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。
实例化： 创建一个类的实例，即创建一个类的具体对象。
- 实例是可以更改、删除原属性的。
对象： 通过类定义的数据结构实例，实例即对象。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

二、先睹为快

通俗举例：

#通俗举例：
定义一个人（男性）要吃饭、喝水、睡觉；
现在有个具体的人，他被赋予上述定义，所以他便是男人，会吃饭，会喝水，会睡觉。
#类名：一个人
#属性：男性
#方法：吃饭、喝水、睡觉
#对象：这个具体的人（赋予这个人相同的属性、方法的过程叫“实例化”）

无 __init__ 代码举例（有 __init__ 的后面会写）：

class Calculator:             # Calculator：类名
    name = 'Good calculator'  # name：类变量（固有属性）
    price= 18                 # price：类变量（固有属性）
    def add(self,x, y):       # add()：方法
        result=x+y            # result：局部变量
        print(result)
    def minus(self, x, y):    # minus()：方法
        result=x-y            # result：局部变量
        print(result)
    def times(self, x, y):    # times()：方法
        print(x*y)
    def divide(self, x, y):   # divide()：方法
        print(x/y)
cal1 = Calculator()           # ☆实例化(cal1也有了相同的属性和方法)
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
>>> cal1.name                 ----->'Good calculator'
>>> cal1.add(1,2)             ----->3
>>> cal1.price                ----->18
>>> cal1.price=25
>>> cal1.price                ----->25 # 实例的属性可以修改

三、详细解释

（1）self

在用 def 定义方法时，第一个参数一定得是 self 。

self 代表的是类的实例（对象），本质是代表当前对象的地址，不是类；而 self.class 则指向类。

请看 VCR ：

class Test:
    def prt(self):
        print(self)
        print(self.__class__)
 
t = Test()
t.prt()
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#输出结果为（两个 print 的结果）：
<__main__.Test instance at 0x100771878>
__main__.Test

self 不是 python 关键字，可以把它换成别的单词，但仍强烈建议使用 self。

（2）方法

在类的内部，使用 def 关键字来定义一个方法。
与一般函数不同，类的方法在定义时必须包含参数 self，且为第一个参数，self 代表的是类的实例。
self 不是 python 的关键字，所以可以用别的单词来代替 self 。
但按照惯例，最好就用 self 。

def add(self,x,y) # add即为方法名，x和y为调用该函数需要输入的参数
    result=x+y

init

一种内置的方法，可称之为“构造方法”，初始化（Initialize的缩写）

前后各两个下划线

在实例化时，会自动调用，用来初始化自定义属性

有 __init__ 代码举例（没给出默认自定义属性，实例化时需要手动给出）：

下方代码要注意一点，自定义属性是 hight 这些，不是 hig 这些，hig 只是输入参数。

class Calculator:             # Calculator：类名
    class_variable = "I am a class variable" # 这是一个类变量（固有属性）  
    name = 'Good calculator'  # name：类变量（固有属性）
    price= 18                 # price：类变量（固有属性）
                                                #*****************************
    def __init__ (self, hig, wid, wei):         #              *
        self.hight = hig      # hight：实例变量（自定义属性）      *
        self.width = wid      # width：实例变量（自定义属性）      *
        self.weight = wei     # weight：实例变量（自定义属性）     *
                                                #*****************************
    def add(self,x, y):       # add()：方法
        result=x+y            # result：局部变量
        print(result)
    def minus(self, x, y):    # minus()：方法
        result=x-y            # result：局部变量
        print(result)
    def times(self, x, y):    # times()：方法
        print(x*y)
    def divide(self, x, y):   # divide()：方法
        print(x/y)
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#先运行程序
>>> cal2 = Calculator(1,5,12) #实例化时，一定要给出自定义属性的内容
>>> cal2.name                 ----->'Good calculator'
>>> cal2.hight                ----->1
>>> cal2.add(1,2)             ----->3
>>> cal2.price                ----->18
>>> cal2.price=25
>>> cal2.price                ----->25 # 实例的固有、自定义属性都可修改

有 __init__ 代码举例（给出默认自定义属性）：

...#同上
                                                #*******************
    def __init__ (self, hight=1, width=5, weight=12):      *
        self.hight = hight    # hight：自定义属性            *
        self.width = width    # width：自定义属性            *
        self.weight = weight  # weight：自定义属性           *
                                                #*******************
    ...#同上
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#先运行程序
>>> cal2 = Calculator() #实例化时，不用再给出自定义属性，除非要修改

super().__init__() 的功能与用法

在Python中，super() 函数是用于调用父类（超类）的一个方法。在类的构造函数（__init__）中使用super().__init__()是一种常见的做法（特别是在多重继承的情况下，它确保了父类被正确地初始化，但是这里不过多介绍多重继承）。
————
python3 的 super() 函数就是此格式，比 python2 的 super() 函数要精简。
- 用法：
  
  假设我们有一个基类（父类）和一个派生类（子类），子类在初始化时，可能需要父类的一些已经设置好的属性或方法，我们希望在子类初始化时也初始化基类。这时就可以使用super().__init__()。
- 示例：
```
class Parent:  
    def __init__(self, name):  
        self.name = name  
        print(f"Parent with name: {self.name}")  
  
class Child(Parent):  
    def __init__(self, name, age):  
        super().__init__(name)  # 调用父类的__init__方法  
        self.age = age  
        print(f"Child with name: {self.name} and age: {self.age}")  
  
# 使用子类  
child_instance = Child("Alice", 10)
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
# 运行结果
Parent with name: Alice  
Child with name: Alice and age: 10
```
  这里用到了 f-string 字符，感兴趣的可以上网搜搜，或者直接问 GPT 。

`call`

一种内置的方法，前后各两个下划线。
这个内置方法，有点多此一举的感觉，不过有些妙用，需要慢慢体会…

该内置函数的作用是：
“实例可以直接当函数用，且其效果就是 __call__ 函数的效果”，此时， __call__ 函数的输入参数，就是实例的输入参数。
具体使用代码见下方运行程序结果：

class Calculator:             # Calculator：类名
    class_variable = "I am a class variable" # 这是一个类变量（固有属性）  
    name = 'Good calculator'  # name：类变量（固有属性）
    price= 18                 # price：类变量（固有属性）
                                                #*****************************
    def __init__ (self, hig, wid, wei):         #              *
        self.hight = hig      # hight：实例变量（自定义属性）      *
        self.width = wid      # width：实例变量（自定义属性）      *
        self.weight = wei     # weight：实例变量（自定义属性）     *
                                                #*****************************
    def __call__ (self, test_value):
    	print("Output is:" + str(test_value))

    def add(self,x, y):       # add()：方法
        result=x+y            # result：局部变量
        print(result)
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#先运行程序
>>> cal2 = Calculator(1,5,12) #实例化时，一定要给出自定义属性的内容
>>> cal2.name                 ----->'Good calculator'
>>> cal2(111)                 -----> Output is:111

多加一嘴：其余自命名方法（函数）的调用方式为 实例名.方法名() 。

（3）继承

就是先定义了一个基准类，后面想再定义一个派生类，该派生类想沿用基准类的属性和方法，这种沿用过程就叫“继承”。

子类（派生类 DerivedClassName）会继承父类（基类 BaseClassName）的属性和方法。

单继承：

当基类和派生类处于同一个模块中时：

class 派生类名(基类名):
    ...
    代码块
    ...

当基类和派生类不在同一个模块中时，需要从基类所在模块导入基类：

写法一（仅导入基类）：

#假设基类 BaseClassName 在模块 modname 中
from modname import BaseClassName  
  
class DerivedClassName(BaseClassName):  
    ...
    代码块
    ...

写法二（直接导入基类所在模块）：

#假设基类 BaseClassName 在模块 modname 中
import modname  
  
class DerivedClassName(modname.BaseClassName):  
    ...
    代码块
    ...

示例：

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))
 
#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))
 
s = student('ken',10,60,3)
s.speak()
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#输出结果为：
ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

多继承：

#参考菜鸟教程，基本不用：
https://www.runoob.com/python3/python3-class.html

（4）方法重写

如果父类定义的方法的功能不能满足需求，则可以在子类重写父类的方法。

示例：

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print ('调用父类方法')
 
class Child(Parent): # 定义子类
   def myMethod(self):
      print ('调用子类方法')
 
c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法
super(Child,c).myMethod() #用子类对象调用父类已被覆盖的方法
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
#输出结果为：
调用子类方法
调用父类方法

四、实例变量、局部变量、类变量的 GPT 解释

在Python的继承机制中，理解实例变量、局部变量、和类变量是非常重要的。这些变量在类及其对象中的作用域和生命周期各不相同。下面是对这些变量的详细解释：

实例变量（Instance Variables）

实例变量也称为对象变量，它们是在类的实例（即对象）中定义的变量。每个实例都有自己独立的实例变量副本，即使两个实例属于同一个类，它们的实例变量值也可以是不同的。实例变量通常通过类的构造方法（__init__）来初始化。
```
class MyClass:  
    def __init__(self, value):  
        self.instance_variable = value  # 这是一个实例变量  
  
obj1 = MyClass(10)  
obj2 = MyClass(20)  
  
print(obj1.instance_variable)  # 输出: 10  
print(obj2.instance_variable)  # 输出: 20
```
局部变量（Local Variables）

局部变量是在函数或方法内部定义的变量。它们的作用域仅限于定义它们的函数或方法。一旦函数或方法执行完毕，局部变量就会被销毁。局部变量与类本身无关，无论是在类的内部还是外部定义的方法中，都可以有局部变量。
```
class MyClass:  
    def my_method(self):  
        local_variable = "I am a local variable"  # 这是一个局部变量  
        print(local_variable)  
  
obj = MyClass()  
obj.my_method()  # 输出: I am a local variable  
# 在这里，local_variable 已经不存在了
```

类变量（Class Variables）

类变量是在类级别定义的变量，它们不属于类的任何特定实例。相反，它们被类的所有实例共享。类变量可以通过类本身来访问，也可以通过类的任何实例来访问。当通过实例修改类变量时，这个改变会影响到所有实例，因为所有的实例共享同一个类变量。

class MyClass:  
    class_variable = "I am a class variable"  # 这是一个类变量  
  
    def __init__(self, value):  
        self.instance_variable = value  
  
    def print_variables(self):  
        print(self.class_variable)  # 通过实例访问类变量  
        print(MyClass.class_variable)  # 直接通过类名访问类变量  
  
# 修改类变量  
MyClass.class_variable = "I have been modified"  
  
obj1 = MyClass(10)  
obj2 = MyClass(20)  
  
obj1.print_variables()  # 输出: I have been modified 和 I have been modified  
obj2.print_variables()  # 输出同上，因为类变量被所有实例共享

注意：尽管可以通过实例访问类变量，但最好通过类名来访问和修改类变量，以避免潜在的混淆。特别是在通过实例修改类变量时，要清楚这样做会影响所有实例共享的类变量值。