问题

如何理解python的类与对象?

回答
Python 中的类与对象:一次深入浅出的剖析

在 Python 的世界里,类 (Class) 和 对象 (Object) 是构建复杂程序、组织代码的基石。很多人初学时会觉得它们有些抽象,但一旦理清了其中的逻辑,你会发现这是一种无比强大且优雅的编程范式。今天,咱们就来掰开了揉碎了,把这个概念讲透彻,让你真正理解它们是怎么回事。

什么是“类”?—— 蓝图,模式,或者一个模板

想象一下,你要盖房子。你需要一份详细的 设计图纸,对吧?这张图纸规定了房子的结构:有多少房间,每个房间多大,窗户在哪里,门怎么开,用什么材料等等。这张图纸本身 不是房子,它只是告诉你 房子应该是什么样子。

在 Python 中,类 就好比这张设计图纸。它不是一个具体的东西,而是一个 抽象的概念,它定义了一类事物(比如“房子”)所共有的 属性 (Attributes) 和 行为 (Methods)。

属性 (Attributes):就像图纸上描述的房子的“大小”、“颜色”、“房间数量”一样,属性是类中用来描述事物的特征或数据的变量。
行为 (Methods):就像图纸描述了“打开门”、“打开窗户”的功能一样,行为是类中定义的事物的动作或操作的函数。

举个例子,我们可以定义一个 `Dog` 类:

```python
class Dog:
这是一个类属性,所有Dog对象都共享这个属性
species = "Canis familiaris"

初始化方法(也叫构造函数),用于创建Dog对象时设置属性
def __init__(self, name, breed, age):
self.name = name 实例属性,每个Dog对象都有自己独立的值
self.breed = breed 实例属性
self.age = age 实例属性

这是一个实例方法,定义了Dog的行为
def bark(self):
print(f"{self.name} says Woof!")

另一个实例方法
def describe(self):
print(f"{self.name} is a {self.age}yearold {self.breed}.")
```

在这个 `Dog` 类里:

`species` 是一个 类属性。所有 `Dog` 对象都会有 `species` 这个属性,并且默认值都是 `"Canis familiaris"`。
`__init__` 方法是一个特殊的 构造方法(或者叫初始化方法)。当你创建一个新的 `Dog` 对象时,这个方法会自动被调用,用来设置这个对象独有的属性,比如 `name`、`breed` 和 `age`。`self` 参数代表当前正在被创建的对象本身。
`bark` 和 `describe` 是 实例方法。它们定义了 `Dog` 对象能做什么。调用这些方法时,它们会作用于特定的 `Dog` 对象。

什么是“对象”?—— 具体的实例,真实的存在

有了设计图纸(类),我们就可以根据这张图纸 建造 出真实的房子了。一张图纸可以造出很多很多房子,每栋房子虽然都遵循图纸的结构,但它们是 独立的、具体的实体。它们可以有不同的颜色、不同的家具,甚至住着不同的人。

在 Python 中,对象 就是由类 创建出来的具体实例。每个对象都拥有类定义的属性和方法,但它们拥有自己 独立的数据。

就像我们可以根据 `Dog` 类(设计图纸)来创建很多具体的“狗狗”一样:

```python
创建第一个Dog对象,小明家的狗狗
my_dog = Dog("Buddy", "Golden Retriever", 3)

创建第二个Dog对象,小红家的狗狗
your_dog = Dog("Lucy", "Beagle", 1)

现在 my_dog 和 your_dog 就是两个独立的 Dog 对象
```

瞧!我们创建了两个 `Dog` 对象:`my_dog` 和 `your_dog`。

它们都遵循 `Dog` 类的结构,拥有 `name`、`breed`、`age` 这些属性,以及 `bark` 和 `describe` 这些方法。
但是,`my_dog` 的 `name` 是 `"Buddy"`,`breed` 是 `"Golden Retriever"`,`age` 是 `3`。
而 `your_dog` 的 `name` 是 `"Lucy"`,`breed` 是 `"Beagle"`,`age` 是 `1`。
它们各自的属性值是 独立 的。

如何“实例化”?—— 用类来创造对象

将一个类变成一个具体的对象的过程,叫做 实例化 (Instantiation)。在 Python 中,通过 调用类名 来实现实例化,就像上面我们调用 `Dog(...)` 一样。

`my_dog = Dog("Buddy", "Golden Retriever", 3)`

这里:

1. `Dog(...)` 就像是拿着设计图纸去“建造”一个房子。
2. `__init__` 方法被自动调用,用来设置新对象的属性。
3. `"Buddy"`、`"Golden Retriever"`、`3` 是传递给 `__init__` 方法的参数,用来初始化 `my_dog` 对象的具体属性值。
4. `my_dog` 就是我们根据 `Dog` 类实例化出来的 一个对象。

类属性 vs. 实例属性:共同与独立

再强调一下类属性和实例属性的区别:

类属性 (Class Attributes):属于类本身,被该类的 所有对象共享。如果你修改了类属性,所有对象的这个属性都会跟着改变。
```python
print(my_dog.species) 输出: Canis familiaris
print(your_dog.species) 输出: Canis familiaris

Dog.species = "Canis lupus familiaris" 修改类属性
print(my_dog.species) 输出: Canis lupus familiaris
print(your_dog.species) 输出: Canis lupus familiaris
```
实例属性 (Instance Attributes):属于对象本身,每个对象都有自己 独立的值。修改一个对象的实例属性,不会影响其他对象。
```python
my_dog.name = "Max"
print(my_dog.name) 输出: Max
print(your_dog.name) 输出: Lucy (不变)
```

如何使用对象?—— 调用属性和方法

一旦我们创建了对象,就可以通过 点号 (.) 来访问它的属性和调用它的方法:

```python
访问对象的属性
print(f"My dog's name is {my_dog.name}.")
print(f"Buddy is a {my_dog.breed}.")
print(f"Buddy is {my_dog.age} years old.")

调用对象的方法
my_dog.bark()
my_dog.describe()

print(f"Your dog's name is {your_dog.name}.")
your_dog.bark()
your_dog.describe()
```

运行上面的代码,你会看到 `my_dog` 和 `your_dog` 分别输出它们各自的信息,并发出它们自己的叫声。

为什么需要类和对象?—— 代码的组织与复用

你可能会想,我直接写几个函数不就能实现这些功能了吗?为什么要绕这么大一个圈子?

类和对象之所以重要,是因为它们带来了:

1. 代码的组织性 (Organization):类将相关的数据(属性)和操作(方法)封装在一起,形成一个清晰的逻辑单元。这就像你不会把所有房子的图纸都堆在一起,而是按房子类型分类存放。
2. 代码的复用性 (Reusability):定义好一个类后,你可以无数次地用它来创建对象,而无需重复编写相同的代码。这大大提高了开发效率。
3. 数据抽象 (Data Abstraction):类隐藏了对象的内部实现细节,只暴露接口(方法)给外部使用。用户不需要关心 `Dog` 对象是如何存储名字的,只需要知道调用 `dog.name` 就能获取名字。
4. 多态性 (Polymorphism):虽然这涉及到更高级的概念(继承),但对象是实现多态的基础。简单说,就是不同类型的对象可以对同一个方法调用做出不同的响应。
5. 模拟现实世界 (Modeling the Real World):面向对象编程 (OOP) 的核心思想就是用对象来模拟现实世界中的事物。比如,我们可以有 `Car` 类、`User` 类、`Order` 类等等,让代码更贴近我们理解的世界。

总结一下

类 是一个 模板 或 蓝图,它定义了一类事物应该拥有哪些 属性 和 行为。
对象 是由类 创建出来的具体实例,它拥有类定义的属性和行为,但属性值是独立的。
实例化 就是用类来创建对象的过程。
通过 点号 (.) 可以访问对象的属性和调用对象的方法。
类和对象是 面向对象编程 (OOP) 的核心,它们带来 代码组织性、复用性、抽象性,让程序更易于维护和扩展。

理解了类与对象,你就掌握了 Python 中最核心、最强大的编程思想之一。继续实践,多写多练,你很快就能得心应手了!

网友意见

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不多说,一图流


咳咳,正经的解释一下,首先这是一个很经典的问题。我们此处假设题主对面向对象以及建模不够了解,先说一说这个类与对象的基本概念(如果这部分已经了解的话可以直接跳到本回答的“当类与对象遇到 Python”部分)。

何谓类与对象

首先一个最典型的例子,设想一个国家有这么几个人:

  • 张三,性别男,爱好女,29 岁,身高 173

  • 李四,性别男,爱好不限,32 岁,身高 182

  • 王五,性别女,爱好男,40 岁,身高 165

通过这么一看,这三位看起来都有个共同的特点——都是人。没错,先别吐槽,我知道这是一句废话,但是咱们接下来用逻辑视角来尝试推演这个例子:

  • 首先,在此之前有了一个“人”的概念

  • 其次,一般意义是的“人”,应该有个“名字”,也应该有“性别”、“爱♂好♀”,以及“岁数”和“身高”,用于对其进行描述

  • 然后,基于这些特性,有了对“张三”、“李四”、“王五”三个个体的描述

这实际上就是一种面向对象的思维方式。让我们回到这个问题上来——“何谓类与对象”?结合上面的例子应该是这样的:

  • “人”这一概念是一个类(Class)
    • 其中“名字”、“性别”、“爱好”、“岁数”和“身高”是这个类的字段(Field)

  • “张三”、“李四”、“王五”这些个体是对象(Object),或者更准确的说,是基于“人”类的“人”对象,也可以称之为“人”实例(Instance)
    • 对于这三个对象而言,其具体的字段信息(例如“张三”、“29 岁”、“165”等具体值)即为对象的属性(Property)

这就是一个对类与对象最为简单的诠释。

然后我们再来看看对“类”的正经定义(来自英文维基: Class (knowledge representation)

In knowledge representation, a class is a collection of individuals or objects. A class can be defined either by extension (specifying members), or by intension (specifying conditions), using what is called in some ontology languages like OWL. According to the Type–token distinction, the ontology is divided into individuals, who are real worlds objects, or events, and types, or classes, who are sets of real world objects. Class expressions or definitions gives the properties that the individuals must fulfill to be members of the class. Individuals that fulfill the property are called Instances.

其中比较重要的内容包含:

  • 类是个体或对象的集合
  • 类定义给出了个人必须满足才能成为类成员的属性,满足该属性的个体称为实例

简单来说,类定义了一类个体和对象的概念,而对象则是这一概念下符合其模式的个体

说到这里需要明确,类和对象本质上是一个无处不在的抽象概念,和包括 Python 在内的任何一门具体的高级语言或者建模工具无必然联系。换言之,只要有定义,有概念,就足以形成类(Class),而当一个个体满足类所描述的模式时,这一个体即为对象(Object)

而当提到面向对象的概念,大家最熟悉的可能还是基于代码的形态,例如在 Java 中(此处部分写法并不标准,仅作示意用)

       // definition of class Person public class Person {     public final String name;     public final String gender;     public final String preference;     public final int age;     public final int height;          public Person(String name, String gender, String preference, int age, int height) {         this.name = name;         this.gender = gender;         this.preference = preference;         this.age = age;         this.height = height;     } }  // instantiation zhangSan = Person("Zhang San", "Male", "Female", 29, 173) liSi = Person("Li Si", "Male", "Anything", 32, 182) wangWu = Person("Wang Wu", "Female", "Male", 40, 165)     

以及在 Python 中

       # definition of class Person class Person:     def __init__(self, name, gender, preference, age, height):         self.name = name         self.gender = gender         self.preference = preference         self.age = age         self.height = height  # instantiation zhang_san = Person("Zhang San", "Male", "Female", 29, 173) li_si = Person("Li Si", "Male", "Anything", 32, 182) wang_wu = Person("Wang Wu", "Female", "Male", 40, 165)     

都是对上述例子的一种语言表示,也是我们所常说的类与对象。而在 Java 与 Python 中更多的例子与讲解可以参考这里:


当类与对象遇到 Python

先说结论:

  • Python中一切皆对象,类也是一种对象
  • Python中一切对象本质都是一种和 dict 类型类似的映射结构

比如通过这样的方式,就能知道一个对象里面都有啥,其中dir函数可以展示一个类内部所包含的全部字段,__dict__属性可以近似地视为包含主要属性,如下代码所示

       class T:     def __init__(self, x, y, z):         self.x = x         self._y = y         self.__z = z      def one_method(self, t):         return self.x + self._y + self.__z + t    t = T(1, 2, 3) print(dir(t)) print(set(dir(t)) - set(dir(object()))) print(t.__dict__)  # ['_T__z', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', '_y', 'one_method', 'x'] # {'__weakref__', '__module__', '_y', '__dict__', 'x', '_T__z', 'one_method'} # {'x': 1, '_y': 2, '_T__z': 3}     

没错,实际上在Python中,无论是方法还是属性(包括私有属性在内),本质上是差不多的,都是挂载在对象上的一个键值对。而当你去尝试调用一个对象的方法时,实际上也是在向该对象获取方法可执行对象(可以近似地理解为一个函数),然后再执行。

在上面的示例代码中,公有(public)和保护(protected)属性x_y直接存在于对象中,私有属性__z实质上以_T__z的形式存在于对象中,连包括__init__one_method在内的各个方法也均被包含在dir函数的结果之内,此等现象足以大致说明Python对象的本质。

关于这部分其实学问还是很深的,OpenIDLab的研发人员也对这部分进行过一些微小的研究,欢迎进一步阅读。


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