類(lèi)的定義

假如要定義一個(gè)類(lèi) Point，表示二維的坐標(biāo)點(diǎn)：

# point.py
class Point:
  def __init__(self, x=0, y=0):
    self.x, self.y = x, y

最最基本的就是 __init__ 方法，相當(dāng)于 C++ / Java 的構(gòu)造函數(shù)。帶雙下劃線 __ 的方法都是特殊方法，除了 __init__ 還有很多，后面會(huì)有介紹。

參數(shù) self 相當(dāng)于 C++ 的 this，表示當(dāng)前實(shí)例，所有方法都有這個(gè)參數(shù)，但是調(diào)用時(shí)并不需要指定。

>>> from point import *
>>> p = Point(10, 10) # __init__ 被調(diào)用
>>> type(p)
<class 'point.Point'>
>>> p.x, p.y
(10, 10)

幾乎所有的特殊方法（包括 __init__）都是隱式調(diào)用的（不直接調(diào)用）。

對(duì)一切皆對(duì)象的 Python 來(lái)說(shuō)，類(lèi)自己當(dāng)然也是對(duì)象：

>>> type(Point)
<class 'type'>
>>> dir(Point)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', ..., '__init__', ...]
>>> Point.__class__
<class 'type'>

Point 是 type 的一個(gè)實(shí)例，這和 p 是 Point 的一個(gè)實(shí)例是一回事。

現(xiàn)添加方法 set：

class Point:
  ...
  def set(self, x, y):
    self.x, self.y = x, y

>>> p = Point(10, 10)
>>> p.set(0, 0)
>>> p.x, p.y
(0, 0)

p.set(...) 其實(shí)只是一個(gè)語(yǔ)法糖，你也可以寫(xiě)成 Point.set(p, ...)，這樣就能明顯看出 p 就是 self 參數(shù)了：

>>> Point.set(p, 0, 0)
>>> p.x, p.y
(0, 0)

值得注意的是，self 并不是關(guān)鍵字，甚至可以用其它名字替代，比如 this：

class Point:
  ...
  def set(this, x, y):
    this.x, this.y = x, y

與 C++ 不同的是，“成員變量”必須要加 self. 前綴，否則就變成類(lèi)的屬性（相當(dāng)于 C++ 靜態(tài)成員），而不是對(duì)象的屬性了。

訪問(wèn)控制

Python 沒(méi)有 public / protected / private 這樣的訪問(wèn)控制，如果你非要表示“私有”，習(xí)慣是加雙下劃線前綴。

class Point:
  def __init__(self, x=0, y=0):
    self.__x, self.__y = x, y

  def set(self, x, y):
    self.__x, self.__y = x, y

  def __f(self):
    pass

__x、__y 和 __f 就相當(dāng)于私有了：

>>> p = Point(10, 10)
>>> p.__x
...
AttributeError: 'Point' object has no attribute '__x'
>>> p.__f()
...
AttributeError: 'Point' object has no attribute '__f'

_repr_

嘗試打印 Point 實(shí)例：

>>> p = Point(10, 10)
>>> p
<point.Point object at 0x000000000272AA20>

通常，這并不是我們想要的輸出，我們想要的是：

>>> p
Point(10, 10)

添加特殊方法 __repr__ 即可實(shí)現(xiàn)：

class Point:
  def __repr__(self):
    return 'Point({}, {})'.format(self.__x, self.__y)

不難看出，交互模式在打印 p 時(shí)其實(shí)是調(diào)用了 repr(p)：

>>> repr(p)
'Point(10, 10)'

_str_

如果沒(méi)有提供 __str__，str() 缺省使用 repr() 的結(jié)果。
 這兩者都是對(duì)象的字符串形式的表示，但還是有點(diǎn)差別的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，repr() 的結(jié)果面向的是解釋器，通常都是合法的 Python 代碼，比如 Point(10, 10)；而 str() 的結(jié)果面向用戶(hù)，更簡(jiǎn)潔，比如 (10, 10)。

按照這個(gè)原則，我們?yōu)?Point 提供 __str__ 的定義如下：

class Point:
  def __str__(self):
    return '({}, {})'.format(self.__x, self.__y)

_add_

兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)相加是個(gè)很合理的需求。

>>> p1 = Point(10, 10)
>>> p2 = Point(10, 10)
>>> p3 = p1 + p2
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'Point' and 'Point'
 

添加特殊方法 __add__ 即可做到：

class Point:
  def __add__(self, other):
    return Point(self.__x + other.__x, self.__y + other.__y)

>>> p3 = p1 + p2
>>> p3
Point(20, 20)

這就像 C++ 里的操作符重載一樣。
Python 的內(nèi)建類(lèi)型，比如字符串、列表，都“重載”了 + 操作符。

特殊方法還有很多，這里就不逐一介紹了。

繼承

舉一個(gè)教科書(shū)中最常見(jiàn)的例子。Circle 和 Rectangle 繼承自 Shape，不同的圖形，面積（area）計(jì)算方式不同。

# shape.py

class Shape:
  def area(self):
    return 0.0
    
class Circle(Shape):
  def __init__(self, r=0.0):
    self.r = r

  def area(self):
    return math.pi * self.r * self.r

class Rectangle(Shape):
  def __init__(self, a, b):
    self.a, self.b = a, b

  def area(self):
    return self.a * self.b

用法比較直接：

>>> from shape import *
>>> circle = Circle(3.0)
>>> circle.area()
28.274333882308138
>>> rectangle = Rectangle(2.0, 3.0)
>>> rectangle.area()
6.0
 

如果 Circle 沒(méi)有定義自己的 area：

class Circle(Shape):
  pass 
 

那么它將繼承父類(lèi) Shape 的 area：

>>> Shape.area is Circle.area
True

一旦 Circle 定義了自己的 area，從 Shape 繼承而來(lái)的那個(gè) area 就被重寫(xiě)（overwrite）了：

>>> from shape import *
>>> Shape.area is Circle.area
False
 

通過(guò)類(lèi)的字典更能明顯地看清這一點(diǎn)：

>>> Shape.__dict__['area']
<function Shape.area at 0x0000000001FDB9D8>
>>> Circle.__dict__['area']
<function Circle.area at 0x0000000001FDBB70>
 

所以，子類(lèi)重寫(xiě)父類(lèi)的方法，其實(shí)只是把相同的屬性名綁定到了不同的函數(shù)對(duì)象。可見(jiàn) Python 是沒(méi)有覆寫(xiě)（override）的概念的。

同理，即使 Shape 沒(méi)有定義 area 也是可以的，Shape 作為“接口”，并不能得到語(yǔ)法的保證。

甚至可以動(dòng)態(tài)的添加方法：

class Circle(Shape):
  ...
  # def area(self):
    # return math.pi * self.r * self.r

# 為 Circle 添加 area 方法。
Circle.area = lambda self: math.pi * self.r * self.r
 

動(dòng)態(tài)語(yǔ)言一般都是這么靈活，Python 也不例外。

Python 官方教程「9. Classes」第一句就是：

Compared with other programming languages, Python's class mechanism adds classes with a minimum of new syntax and semantics.

Python 以最少的新的語(yǔ)法和語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)了類(lèi)機(jī)制，這一點(diǎn)確實(shí)讓人驚嘆，但是也讓 C++ / Java 程序員感到頗為不適。

多態(tài)

如前所述，Python 沒(méi)有覆寫(xiě)（override）的概念。嚴(yán)格來(lái)講，Python 并不支持「多態(tài)」。

為了解決繼承結(jié)構(gòu)中接口和實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，或者說(shuō)為了更好的用 Python 面向接口編程（設(shè)計(jì)模式所提倡的），我們需要人為的設(shè)一些規(guī)范。

請(qǐng)考慮 Shape.area() 除了簡(jiǎn)單的返回 0.0，有沒(méi)有更好的實(shí)現(xiàn)？

以?xún)?nèi)建模塊 asyncio 為例，AbstractEventLoop 原則上是一個(gè)接口，類(lèi)似于 Java 中的接口或 C++ 中的純虛類(lèi)，但是 Python 并沒(méi)有語(yǔ)法去保證這一點(diǎn)，為了盡量體現(xiàn) AbstractEventLoop 是一個(gè)接口，首先在名字上標(biāo)志它是抽象的（Abstract），然后讓每個(gè)方法都拋出異常 NotImplementedError。

class AbstractEventLoop:
  def run_forever(self):
    raise NotImplementedError
  ...
 

縱然如此，你是無(wú)法禁止用戶(hù)實(shí)例化 AbstractEventLoop 的：

loop = asyncio.AbstractEventLoop()
try:
  loop.run_forever()
except NotImplementedError:
  pass
 

C++ 可以通過(guò)純虛函數(shù)或設(shè)構(gòu)造函數(shù)為 protected 來(lái)避免接口被實(shí)例化，Java 就更不用說(shuō)了，接口就是接口，有完整的語(yǔ)法支持。

你也無(wú)法強(qiáng)制子類(lèi)必須實(shí)現(xiàn)“接口”中定義的每一個(gè)方法，C++ 的純虛函數(shù)可以強(qiáng)制這一點(diǎn)（Java 更不必說(shuō)）。

就算子類(lèi)「自以為」實(shí)現(xiàn)了“接口”中的方法，也不能保證方法的名字沒(méi)有寫(xiě)錯(cuò)，C++ 的 override 關(guān)鍵字可以保證這一點(diǎn)（Java 更不必說(shuō)）。

靜態(tài)類(lèi)型的缺失，讓 Python 很難實(shí)現(xiàn) C++ / Java 那樣嚴(yán)格的多態(tài)檢查機(jī)制。所以面向接口的編程，對(duì) Python 來(lái)說(shuō)，更多的要依靠程序員的素養(yǎng)。

回到 Shape 的例子，仿照 asyncio，我們把“接口”改成這樣：

class AbstractShape:
  def area(self):
    raise NotImplementedError
 

這樣，它才更像一個(gè)接口。

super

有時(shí)候，需要在子類(lèi)中調(diào)用父類(lèi)的方法。

比如圖形都有顏色這個(gè)屬性，所以不妨加一個(gè)參數(shù) color 到 __init__：

class AbstractShape:
  def __init__(self, color):
    self.color = color
 

那么子類(lèi)的 __init__() 勢(shì)必也要跟著改動(dòng)：

class Circle(AbstractShape):
  def __init__(self, color, r=0.0):
    super().__init__(color)
    self.r = r
 

通過(guò) super 把 color 傳給父類(lèi)的 __init__()。其實(shí)不用 super 也行：

class Circle(AbstractShape):
  def __init__(self, color, r=0.0):
    AbstractShape.__init__(self, color)
    self.r = r
 

但是 super 是推薦的做法，因?yàn)樗苊饬擞簿幋a，也能處理多繼承的情況。

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