Python 物件

今天要來看 Python 的物件導向，其實我在大二上的物件導向課的內容都快忘光光了，所以這個篇文章可能不太詳細。

什麼是物件

物件裡面有 data (通常為變數，稱為屬性) 與方法or動作 (通常為 function)，代表一個具體的東西。

其實我覺得很難解釋和表達這個名詞，我是這麼想的，就像我，我是一個人，人一定有身高體重，然後人會走路和跳舞等等的動作，我就是一個物件的概念。身高體重就是 data，動作就是 function。那 class 就是定義人這個名詞，則是比較抽象的。

或者像是 Python 裡面 String 這個變數型態就是一個 class，而我們創建的字串(str(96))就是一個物件，它的屬性就是字串內容('96')和 type ，而方法就是它裡面內建的 function。

好吧，有解釋跟沒解釋一樣，等到我比較了解再來更改好了。

來看 code:

1	class Person():
2	pass
3
4	me = Person()

我們定義一個 class 叫做 Person，我們用 me = Person() 來建立一個 Person 物件叫做 me。

把玩物件

我們來實作個，題目為計算 BMI 好了。我們建立一個 class 叫做 Human，裡面有身高體重兩個屬性，並且有兩個方法一個是初始化，一個是計算 BMI

首先要有身高體重

class Human():
    def __init__(self,height = 0,weight = 0):
        self.height = height
        self.weight = weight

me = Human(height =180,weight =70)

以上 code 就是 class 的定義方式，而比較特別的地方是 __init__( ) 和 self :

__init__( ): 是特殊的 Python 名稱，是用來初始化一個物件。
self: 是指他 reference 至自己本身這個物件，就是 self 代表這個物件本身。java, c++ 中的 this 是差不多的東西。

我們來看me = Human(height =180,weight =70)這行所作的事情:

查看 Human class 的定義
在記憶體中建立(實體)一個物件
call 該物件的 __init__，並把物件給 self。
在物件中儲存引數內容
return 物件，並將 me 指定給這個物件

我們定義好身高體重了，接下來是加入 BMI 測量的 function:

class Human():
    def __init__(self,height=0, weight=0):
        self.height = height
        self.weight = weight

    def compute_BMI(self):
        return self.weight/((self.height/100)**2)

def main():
    me = Human('Jack', height=180, weight=70)

    BMI = me.compute_BMI()  # 使用物件裡的 compute_BMI( )
    print(BMI)

if __name__ == '__main__':
    main()
---------------執行結果---------------
21.604938271604937

繼承

這時我們需要一個叫做 Woman 的 class ，裡面包括身高體重、三圍，然後計算 BMI 和顯示三圍。
依照這個想法我們會這樣寫:

class Woman():
    def __init__(self,height=0, weight=0,bust=0,waist=0,hip=0):
        self.height = height
        self.weight = weight
        self.bust = bust
        self.waist = waist
        self.hip = hip

    def compute_BMI(self):
        return self.weight/((self.height/100)**2)

    def print_BWH(self):
        print('B:{},W:{},H:{}'.format(self.bust,self.waist,self.hip))


def main():
    me = Woman(height=180, weight=70,bust=83,waist=64,hip=83)

    BMI = me.compute_BMI()
    me.print_BWH()
    print(BMI)

if __name__ == '__main__':
    main()

---------------執行結果---------------
B:83,W:64,H:83
21.604938271604937

我們會發現有些部分跟 Human( )有 87% 像，有些根本就是複製貼上，好像很方便。

不過如果是大程式呢，一次就幾千行程式，這樣複製貼上重複的 code 那不就更多了，在管理程式上是一大的麻煩，而且以後出社會工作並不會一個人幹完整個 project ，一定是團隊合作，如果我們寫出這種 code ，對其他組員來說是一大麻煩，所以我們需要用繼承的方式來減少重複的 code，不要當個雷組員。

class Human():
    def __init__(self,height=0, weight=0):
        self.height = height
        self.weight = weight

    def compute_BMI(self):
        return self.weight/((self.height/100)**2)

class Woman(Human):
    def __init__(self,height=0, weight=0,bust=0,waist=0,hip=0):
        super().__init__(height=height,weight=weight)
        self.bust = bust
        self.waist = waist
        self.hip = hip

    def print_BWH(self):
        print('B:{},W:{},H:{}'.format(self.bust,self.waist,self.hip))

在 Woman的( ) 裡填上 Human 就繼承了

我們來看經過繼承後的 Woman( ):

我們使用 super( )來 call Human( ) 的初始化，這樣我們就不用再寫一次一樣的code。
我們也不用再寫 def compute_BMI(self) 的定義了，因為 Woman( ) 已經繼承了，就像你爸爸把公司交給你，你不需要再重新打造這個公司，直接接手。

覆寫

假如我們有一個 class 叫做 Human( ) ，而裡面的功能只有 talk( ) 用來說我是人類。

這時我們有一個 Woman( ) 繼承 Human( )，但是我們想要 talk( ) 用來輸出我是女人，這件事是可以實現的。只要重新定義就行了。

class Human():
    def talk(self):
        print('I am Human!')

class Woman(Human):
    def talk(self):
        print("I am Woman!")

def main():
    human = Human()
    woman = Woman()

    human.talk()
    woman.talk()

if __name__ == '__main__':
    main()
---------------執行結果---------------
I am Human!
I am Woman!

私有屬性和方法

為了要讓城市有封裝性，有些語言像是 C++ 會設定 public 和 private 來保護資料，然後需要 get( ) 或 set( ) 來存取。

Python 並不這麼麻煩! 因為所有的屬性和方法都是共用的(public)，但如果不想讓外部存取，我們可以在屬性和方法的命名前加上__

那怎麼使用呢?
來實做個，我們有一個 class 叫做 Duck( )，他只有一個屬性叫做 __name ，這個是我們不希望有人直接存取他，有點像 C++ private 的概念。

class Duck():
    def __init__(self,input_name):
        self.__name = input_name

    def print_name(self):
        print(self.__name)

def main():
    fowl = Duck('Mike')
    print(fowl.__name)  # 印看看 __name

if __name__ == '__main__':
    main()
---------------執行結果---------------
    print(fowl.__name)
AttributeError: 'Duck' object has no attribute '__name'

我們成功的不能印出__name，但其實並不是把變數變成私有化，而是打亂了他的名稱，如果我們使用 _Duck__name 是否能成功 print 出

1	print(fowl._Duck__name)
2	---------------執行結果---------------
3	Mike

所以算是變向私有化XD

看完取，我來看看存

def main():
    fowl = Duck('Mike')
    fowl.__name = 'Jojo'
    print(fowl.__name)
---------------執行結果---------------
Jojo

咦? 奇怪問什麼 __name 被改變了

不急我們用方法 print_name( ) 和 print(fowl._Duck__name)看看。

def main():
    fowl = Duck('Mike')
    fowl.__name = 'Jojo'
    fowl.print_name()
    print(fowl._Duck__name)
---------------執行結果---------------
Mike
Mike

诶? 還是原本的

因為 Duck 的 __name 在外部叫做 _Duck__name 而不是 __name，所以 fowl.__name 是新的變數。

Instance method & Class method & Static Method

在之前說到， self 為參考自己的物件，是一個實例方法(Instance method)。當我們 call 方法時，Python 會把物件交給 self。

什麼意思?

class Number():
    def __init__(self,input_number):
        self.number = input_number
    def print_number(self):
        print('This is',self.number)

example = Number(10)
example.print_number()

example = Number(10)
example.print_number()
我們可以看成:
example = Number(10)
Number.print_number(example,10)

在Number.print_number(example,10)中，example 所參考的實例會交給 self，讓電腦知道你要用哪一個。
為什麼要這樣?

假如我們今天設置了很多個 Number( )的物件卻不使用self會發生什麼事?

class Number():
    def __init__(input_number):
       number = input_number
    def print_number():
        print('This is',input_number)

example = Number(10)
example_2 = Number(50)
example_3 = Number(100)

example.print_number()
example_2.print_number()
example_3.print_number()
---------------執行結果---------------
    example = Number(10)
TypeError: __init__() takes 1 positional argument but 2 were given

由於 Python 不知道是誰要使用__init__( )所以他報錯了。

那如果我們不要使用self來指實例呢?
我們可以用 @classmethod 裝飾器(decrator)來說明接下來要使用Class method。

Class Method 會影響整個 class 也就是說你任何改變，會影響每一個物件。
但是第一個參數是 class 本身，也就是 self 改成 cls

class Number():
    count = 0   # 計算 object 有幾個
    def __init__(self):
        Number.count += 1
    def talk(self):
        print('I am a Number!!')

    @classmethod
    def print_kids(cls):
        print('Number has',cls.count,'little object')

no1 = Number()
no2 = Number()
no2 = Number()

Number.print_kids()
---------------執行結果---------------
Number has 3 little object

但是他會影響其他的 object，有沒有辦法不影響?

我們可以用 Static Method，以 staticmethod 的 decorator 做開頭，不需要 self 和 cls

1	class Human():
2	@staticmethod
3	def talk():
4	print('I am a human')
5
6
7	Human.talk()
8	---------------執行結果---------------
9	I am a human

資料來源:

精通 Python：運用簡單的套件進行現代運算

1	class Human():
2	def __init__(self,height = 0,weight = 0):
3	self.height = height
4	self.weight = weight
5
6	me = Human(height =180,weight =70)

1	class Human():
2	def __init__(self,height=0, weight=0):
3	self.height = height
4	self.weight = weight
5
6	def compute_BMI(self):
7	return self.weight/((self.height/100)**2)
8
9	def main():
10	me = Human('Jack', height=180, weight=70)
11
12	BMI = me.compute_BMI() # 使用物件裡的 compute_BMI( )
13	print(BMI)
14
15	if __name__ == '__main__':
16	main()
17	---------------執行結果---------------
18	21.604938271604937

1	class Woman():
2	def __init__(self,height=0, weight=0,bust=0,waist=0,hip=0):
3	self.height = height
4	self.weight = weight
5	self.bust = bust
6	self.waist = waist
7	self.hip = hip
8
9	def compute_BMI(self):
10	return self.weight/((self.height/100)**2)
11
12	def print_BWH(self):
13	print('B:{},W:{},H:{}'.format(self.bust,self.waist,self.hip))
14
15
16	def main():
17	me = Woman(height=180, weight=70,bust=83,waist=64,hip=83)
18
19	BMI = me.compute_BMI()
20	me.print_BWH()
21	print(BMI)
22
23	if __name__ == '__main__':
24	main()
25
26	---------------執行結果---------------
27	B:83,W:64,H:83
28	21.604938271604937

1	class Human():
2	def talk(self):
3	print('I am Human!')
4
5	class Woman(Human):
6	def talk(self):
7	print("I am Woman!")
8
9	def main():
10	human = Human()
11	woman = Woman()
12
13	human.talk()
14	woman.talk()
15
16	if __name__ == '__main__':
17	main()
18	---------------執行結果---------------
19	I am Human!
20	I am Woman!

1	class Duck():
2	def __init__(self,input_name):
3	self.__name = input_name
4
5	def print_name(self):
6	print(self.__name)
7
8	def main():
9	fowl = Duck('Mike')
10	print(fowl.__name) # 印看看 __name
11
12	if __name__ == '__main__':
13	main()
14	---------------執行結果---------------
15	print(fowl.__name)
16	AttributeError: 'Duck' object has no attribute '__name'

1	def main():
2	fowl = Duck('Mike')
3	fowl.__name = 'Jojo'
4	print(fowl.__name)
5	---------------執行結果---------------
6	Jojo

1	class Number():
2	def __init__(self,input_number):
3	self.number = input_number
4	def print_number(self):
5	print('This is',self.number)
6
7	example = Number(10)
8	example.print_number()

1	class Number():
2	def __init__(input_number):
3	number = input_number
4	def print_number():
5	print('This is',input_number)
6
7	example = Number(10)
8	example_2 = Number(50)
9	example_3 = Number(100)
10
11	example.print_number()
12	example_2.print_number()
13	example_3.print_number()
14	---------------執行結果---------------
15	example = Number(10)
16	TypeError: __init__() takes 1 positional argument but 2 were given

1	class Number():
2	count = 0 # 計算 object 有幾個
3	def __init__(self):
4	Number.count += 1
5	def talk(self):
6	print('I am a Number!!')
7
8	@classmethod
9	def print_kids(cls):
10	print('Number has',cls.count,'little object')
11
12	no1 = Number()
13	no2 = Number()
14	no2 = Number()
15
16	Number.print_kids()
17	---------------執行結果---------------
18	Number has 3 little object