Python类和模块(Class, Module)

Python是也是一个面对对象编程(Object-Oriented Programming)的语言，面对对象编程是一种设计思想，意味着我们把对象作为程序的基本单元，而每个对象包含了自己的属性和方法。面向对象编程主要有以下特点：

封装（Encapsulation）：对外部世界隐藏对象的工作细节。
继承（Inheritance）：继承使子类具有父类的各种属性和方法，而不需要编写相同的代码。
多态（Polymorphism）：为不同的数据类型的实体提供统一的接口。

使用OOP有以下的优点：

提高软件开发的生产效率
使软件的可维护性更好
提高软件的质量

在 Python 中，元组、列表和字典等数据类型是对象，函数也是对象。那么，我们能创建自己的对象吗？Of Course！跟其他 OOP 语言类似，我们使用类（class）来自定义对象。

类和实例（Class, Instance）

每个类都有自己的属性（attribute）和方法（method），比如一个人的身高、体重和年龄，这些都是属性，而吃饭、说话和洗澡都是方法。（要注意：在class外部定语的可执行函数叫做function，类内部的函数叫做方法method）

类的定义以class为开头，类名的首字母推荐要大写，冒号之后换行缩进紧跟着属性和方法的定义，属性无非就是一个变量的定义，而方法的定义和函数的定义是一样的，也是以def开头。请看下面的例子：

# class
class Person:
    # attribute fields
    name = 'William'
    age = 45
    # method
    def greet(self):
        print("Hi, my name is " + self.name)
# Create an Object
p1 = Person()
# Call the method
p1.greet()

类的定义是一个具体实例（instance）的设计蓝图，在创建实例的时候，我们只要调用类名，然后加括号就可以了。在greet方法中，我们使用了特殊参数self，它永远指向创建的实例本身，所以self.name就会指向当前被创建实例的name属性。p1.greet()是方法调用的示范，我们只要在实例名后加上句号（.）紧跟着方法名，即可调用实例的方法。

我们也可以在创建好实例之后，对它的属性和方法进行修改：

# Modify Object Properties
p1.age = 40

# Delete Object Properties
del p1.age

# Delete Objects
del p1

__init__ 是 Python 中的特殊方法（special method），它用于初始化对象。它是一个实例被创建时最先被调用的函数，并且每次创建实例，它的init都会被调用，而且它的第一个参数永远是 self，指向创建的实例本身。（init是initial的简写，顾名思义就是用来初始化的）

class Person:
    def __init__(self):
        self.name = 'Alice'
    def greet(self):
        print("Hi, my name is " + self.name)
p1 = Person()
p1.greet()

我们也可以在init方法中添加其他参数，这样我们的的初始化能更加灵活和方便，同时在创建实例的时候，需要传入与init方法匹配的参数：

class Person:
    def __init__(self, init_name):
        self.name = init_name
    def greet(self):
        print("Hi, my name is " + self.name)
p1 = Person("David")
p1.greet()

继承和多态（Inheritance，Polymorphism）

继承

在面向对象编程中，当我们已经创建了一个类，而又想再创建一个与之相似的类，比如添加几个方法，或者修改原来的方法，这时我们不必从头开始，可以从原来的类派生出一个新的类，我们把原来的类称为父类或基类，而派生出的类称为子类，子类继承了父类的所有数据和方法。

让我们看一个简单的例子，首先我们定义一个 Animal 类：

class Animal():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def greet(self):
        print('Hello, I am %s.' % self.name)

现在，我们想创建一个 Dog 类，比如：

class Dog():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def greet(self):
        print('WangWang.., I am %s. ' % self.name)

可以看到，Dog 类和 Animal 类几乎是一样的，只是 greet 方法不一样，我们完全没必要创建一个新的类，可以直接创建子类（child class）来继承父类Animal：

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class Dog(Animal):
    def greet(self):
        print('WangWang.., I am %s. ' % self.name)

Dog 类是从 Animal 类继承而来的，Dog 类自动获得了 Animal 类的所有数据和方法，而且还可以对从父类继承来的方法进行修改，调用的方式是一样的：

animal = Animal('animal')
animal.greet()
dog = Dog('dog')
dog.greet()

我们也可以在Dog 类中添加新的方法：

class Dog(Animal):
    def greet(self):
        print('WangWang.., I am %s. ' % self.name)
    def run(self):
        print('I am running!')

dog = Dog('dog')
dog.greet()

多态

多态的概念其实不难理解，它是指对不同类型的参数进行相同的操作，根据对象（或类）类型的不同而表现出不同的行为。继承可以拿到父类的所有数据和方法，子类可以重写父类的方法，也可以新增自己特有的方法。有了继承，才有了多态，这样才能实现为不同的数据类型的实体提供统一的接口。

class Animal():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def greet(self):
        print(f'Hello, I am {self.name}.')

class Dog(Animal):
    def greet(self):
        print(f'WangWang.., I am {self.name}.')

class Cat(Animal):
    def greet(self):
        print(f'MiaoMiao.., I am {self.name}')

def hello(animal):
    animal.greet()

可以看到，cat 和 dog 是两个不同的对象，对它们调用 greet 方法，它们会自动调用实际类型的 greet 方法，作出不同的响应：

dog = Dog('dog')
hello(dog)
cat = Cat('cat');
hello(cat)

Iterators

在某些情况下，我们希望实例对象可被用于for...in循环，这时我们需要在类中定义__iter__和__next__方法。其中，__iter()__方法返回迭代器对象本身__next()__方法返回容器的下一个元素，在没有后续元素时会抛出StopIteration异常。（Python 的 for 循环实质上是先通过内置函数 iter() 获得一个迭代器，然后再不断调用 next() 函数实现的。）

class Fib():
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
        return self.a

fib = Fib()
for i in fib:
    if i > 10: 
         break
    print(i)# 1, 1, 2, 3, 5, 8

访问限制 underscore

在某些情况下，我们希望限制用户访问对象的属性或方法，也就是希望它是私有的，对外隐蔽。比如，对于上面的例子，我们希望 name 属性在外部不能被访问，我们可以在属性或方法的名称前面加上两个下划线，即 __，以下是对之前例子的改动：

class Animal():
    def __init__(self, name):
        self.__name = name
    def greet(self):
        print(f'Hello, I am self.__name.')

animal = Animal('a1')
animal.__name # error

需要注意的是，在 Python 中，以双下划线开头，并且以双下划线结尾（即 __xxx__）的变量是特殊变量，特殊变量是可以直接访问的。所以，不要用 __name__ 这样的变量名。另外，如果变量名前面只有一个下划线_，表示此变量不要随便访问，虽然它可以直接被访问。

模块调用

有时候一个模块中放不了许多的类，那么我们就要把一些类放入其他的模块中，当我们需要那些类的时候，只需要调用对应模块即可。创建一个模块很简单，只要把代码保存在一个文件中，然后加上后缀.py即可。你可以任意命名文件名，但是必须以.py为后缀。以下我们在animal.py文件中定义了多个不同的类：

# animal.py
class Animal():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def greet(self):
        print(f'Hello, I am {self.name}.')

class Dog(Animal):
    def greet(self):
        print(f'WangWang.., I am {self.name}.')

class Cat(Animal):
    def greet(self):
        print(f'MiaoMiao.., I am {self.name}')

如果要在其他文件中调用单个类的不同方法，使用import语句即可：

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from animal import Animal
animal = Animal('animal')
animal.greet()

调用多个类：

from animal import Dog, Cat
dog = Dog('duoduo')
dog.greet()
cat = Cat('Kitty')
cat.greet()

其他调用方法：

# importing an entire module
import animal
cat = animal.Cat('Kitty')

# import all classes from a model
from animal import *
cat = Cat('Kitty')

# Using Aliases 
from animal import Cat as C
cat = C('Kitty')

Python标准库（Python Standard Library）

现在我们已经对函数和类有基础的认识了，我们来聊聊如何使用别人编写好的库，Python有自己的标准库，我们下载Python的时候，它们已经被默认安装了，其中有很多现成的模块供我们调用，我们试一下用random模块做做一些随机数操作：

from random import randint, choice
# Generate a random number between 1 and 6
print(randint(1, 6))

players = ['alice', 'david', 'charles', 'michael']
# choose a randomly chosen element
random_pick = choice(players)
print(random_pick)

PIP包管理器

有的时候，我们想要使用别人编写好的模块，我们可以通过包管理器下载别人的包（package），包是由很多module组成的，来实现某种功能。库（library）是抽象概念，也可以是各种模块组成。而Python中最流行的包管理器就是pip。pip3的安装请大家自行搜索，网上有很多的教程，以下我会使用一个和图像处理相关的模块。

PIL（Python Image Library）是Python中的标准图像处理库。PIL功能强大，而且API非常简单易用。由于PIL仅支持到Python 2.7，加上年久失修，于是一群志愿者在PIL的基础上创建了兼容的版本，名字叫Pillow，支持最新Python 3.x，又加入了许多新特性，因此，我们可以直接安装使用Pillow。以下是安装pillow的命令行：

1	pip3 install pillow

然后我们可以创建一个Python，使用PIL的模块，写出一段可以把照片弄模糊的代码：

from PIL import Image, ImageFilter

# Open an image
im = Image.open('test.jpg')
# Use bluring filter
im2 = im.filter(ImageFilter.BLUR)
im2.save('blur.jpg', 'jpeg')

包管理器让我们可以直接使用前人的轮子，简化我们的开发过程。

类的编写规范 Styling Classes

类的名字最好使用骆驼命名法（CamelCase），也就是让每个单词的第一个字母大写，不使用下划线分割单词。实例和模块的名字最好都使用Snake case，也就是所有字母都小写，然后使用下划线分割。当然这不是强制的，但这是工业界比较合理的命名规范，大家可以参照一下Google的Python代码规范：http://google.github.io/styleguide/pyguide.html

您可以使用空行来组织代码，但不要过度使用它们。在一个类中，您可以在方法之间使用一个空行，而在一个模块中，您可以使用两个空行来分隔类。

如果需要从标准库和编写的模块中导入模块，请首先将标准库模块的调用语句写在最前面。然后添加一个空行，再调用自己编写的模块。在具有多个import语句的程序中，此约定使查看程序中使用的不同模块的来源更加容易。

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Python类和模块(Class, Module)

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