python 面向对象二

常见时间名词

GMT

格林威治标准时间(Greenwich Mean Time，GMT)，指的是太阳经过格林威治处的本初子午线时的 时间。是最早的世界时(UT，Universal Time)标准。

时区

1884年制定了时区，以本初子午线为起点，经度每隔15度，划分一个时区，相邻时区相差一个小时。一 些国家会根据行政管理方便，调整时区。

UTC

协调世界时(Coodinated Universal Time)，目前的世界时标准。 它由全球很多国家的铯原子钟时间协调得来，与所处地点无关。为了适应地球自转误差，UTC会做人为调整，比如闰秒。
可以简单的认为，GMT就是UTC + 0。

CST

中国标准时间(China Standard Time)，UTC + 8:00，也称北京时间。当然CST也可以是美国中部时间 等的缩写。

时间模块

datetime模块

datetime 类是时间高级类

• 类方法，即使用类高用的方法，由类方法获得一个时间对象;

  • now(tz=None) 返回当前时间的datetime对象，时间到微秒，如果tz为None，返回当前时区 的不带时区信息的时间;
  • utcnow() 不带时区的0时区时间;
  • fromtimestamp(timestamp, tz=None) 从一个时间戳返回一个datetime对象;
  • tz=datetime.timezone.utc 即0时区timezone对象;

• 时间对象方法

  • timestamp() 返回一个到微秒的时间戳;
    • Unix时间戳(Unix Epoch):格林威治时间1970年1月1日0点到现在的秒数;
  • 构造方法 datetime.datetime(2016, 12, 6, 16, 29, 43, 79043)
  • year、month、day、hour、minute、second、microsecond，取datetime对象的年月日时分秒及微秒
  • weekday() 返回星期的天，周一0，周日6;
  • isoweekday() 返回星期的天，周一1，周日7;
  • date() 返回日期date对象;
  • time() 返回时间time对象;

import datetime # 构造器
print(datetime.datetime(2021, 6, 17, 18, 20, 5))
# 类方法获得时间对象 print(datetime.datetime.now(datetime.timezone(datetime.timedelta(hours=8)))) # 时区时间
print(datetime.datetime.now()) # 无时区时间
print(datetime.datetime.utcnow()) # UTC时间，可以认为是GMT或0时区时间
# 时间戳操作
stamp = datetime.datetime.now().timestamp() # 获得时间戳 print(stamp)
dt = datetime.datetime.fromtimestamp(stamp) # 从时间戳获得时间对象 print(dt)
print(type(dt.date()), dt.date())
print(type(dt.time()), dt.time())

Python中时间分为两种:

• naive，没有时区信息的时间，没法明确定位。这个时间表示那个地区的时间，全看程序理解;
• aware，包含时区的时间;
• 这两种时间不能混合计算;

日期与格式化

• 类方法 strptime(date_string, format) ，返回datetime对象(时间字符串+格式化字符串 => 时间 对象)
• 对象方法 strftime(format) ，返回字符串(时间对象通过格式字符串 => 时间字符串)
• 字符串format函数格式化(时间对象通过格式字符串 => 时间字符串)

import datetime
datestr = '2018-01-10 17:16:08'
dt = datetime.datetime.strptime(datestr, '%Y-%m-%d %H:%M:%S') #由字符串到时间对 象
print(type(dt), dt)
print(dt.strftime('%Y/%m/%d-%H:%M:%S')) # 输出为字符串
print("{:%Y/%m/%d %H:%M:%S}".format(dt)) # 输出为字符串

timedelta类

• datetime2 = datetime1 + timedelta
• datetime2 = datetime1 - timedelta
• timedelta = datetime1 - datetime2
• 构造方法
  • datetime.timedelta(days=0, seconds=0, microseconds=0, milliseconds=0, minutes=0, hours=0, weeks=0)
  • year = datetime.timedelta(days=365)
• timedelta对象有方法total_seconds()， 返回时间差的总秒数

time模块

• time.sleep(secs) 将调用线程挂起指定的秒数

类的继承

基础概念

面向对象三要素之一，继承Inheritance
人类和猫类都继承自动物类。
个体继承自父母，继承了父母的一部分特征，但也可以有自己的个性。
在面向对象的世界中，从父类继承，就可以直接拥有父类的属性和方法，这样可以减少代码冗余、多复
用。子类也可以定义自己的属性和方法。

• 看一下不用继承的例子

class Animal:
    def shout(self):
        print('Animal shouts')
a = Animal()
a.shout()
class Cat:
    def shout(self):
        print('Cat shouts')
c = Cat()
c.shout()

上面的2个类虽然有关系，但是定义时并没有建立这种关系，而是各自完成定义。
动物类和猫类都会叫，但是它们的叫法有区别，所以分别定义。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self._name = name

    def shout(self):  # 一个通用的叫方法
        print('{} shouts'.format(self._name))

    @property
    def name(self):
        return self._name

a = Animal('monster')
a.shout()

class Cat(Animal):
    pass

cat = Cat('garfield')
cat.shout()
print(cat.name)

class Dog(Animal):
    pass

dog = Dog('ahuang')
dog.shout()
print(dog.name)

上例可以看出，通过继承，猫类、狗类不用写代码，直接继承了父类的属性和方法。

• 继承
  class Cat(Animal) 这种形式就是从父类继承，括号中写上继承的类的列表。 继承可以让子类从父类获取特征(属性和方法)

• 父类
  Animal就是Cat的父类，也称为基类、超类。

• 子类
  Cat就是Animal的子类，也称为派生类。

定义

格式如下

class 子类名(基类1[,基类2,...]):
    语句块

如果类定义时，没有基类列表，等同于继承自object。在Python3中，object类是所有对象的根基类。

class A:
    pass

# 等价于
class A(object):
    pass

注意，上例在Python2中，两种写法是不同的。
Python支持多继承，继承也可以多级。
查看继承的特殊属性和方法有

class A:
    pass

print(A.__base__)  # 输出 <class 'object'>，因为 A 隐式地继承自 object 类
print(A.__bases__)  # 输出 (<class 'object'>,)，类似地，object 是 A 的唯一基类
print()
print(A.mro())  # 输出 [<class '__main__.A'>, <class 'object'>]，A 的方法解析顺序
print(A.__mro__)  # 输出 (<class '__main__.A'>, <class 'object'>)，类似地，A 的方法解析顺序

Python不同版本的类

Python2.2之前类是没有共同的祖先的，之后，引入object类，它是所有类的共同祖先类object。 Python2中为了兼容，分为古典类(旧式类)和新式类。
Python3中全部都是新式类。
新式类都是继承自object的，新式类可以使用super。

# 古典类(旧式类)
class A: pass

# 新式类
class B(object): pass

print(dir(A))
print(dir(B))
print(A.__bases__)
print(B.__bases__)

# 古典类
a = A()
print(a.__class__)
print(type(a))  # <type 'instance'>

# 新式类
b = B()
print(b.__class__)
print(type(b))

继承中的访问控制

class Animal:
    __a = 10
    _b = 20
    c = 30

    def __init__(self):
        self.__d = 40
        self._e = 50
        self.f = 60
        self.__a += 1

    def showa(self):
        print(self.__a)
        print(self.__class__.__a)

    def __showb(self):
        print(self._b)
        print(self.__a)
        print(self.__class__.__a)

class Cat(Animal):
    __a = 100
    _b = 200

c = Cat()
c.showa()
c._Animal__showb()
print(c.c)
print(c._Animal__d)
print(c._e, c.f, c._Animal__a)
print(c.__dict__)
print(c.__class__.__dict__.keys())

从父类继承，自己没有的，就可以到父类中找。 私有的都是不可以访问的，但是本质上依然是改了名称放在这个属性所在类或实例的__dict__中。知道这 个新名称就可以直接找到这个隐藏的变量，这是个黑魔法技巧，慎用。
总结 继承时，公有成员，子类和实例都可以随意访问;私有成员被隐藏，子类和实例不可直接访问，但私有 变量所在的类内的方法中可以访问这个私有变量。 Python通过自己一套实现，实现和其它语言一样的面向对象的继承机制。

• 调试与解析

class Animal:
    __a = 10 # _Animal__a = 10
    _b = 20 
    c = 30 
    def __init__(self):
        self.__d = 40 
        self._e = 50
        self.f = 60
        self.__a += 1 # self._Animal__a  = self._Animal__a + 1

    def showa(self):
        print(self.__a) # self._Animal__a ==> 11
        print(self.__class__.__a) # Class.__a ==> Cat.__a ==> 10

    def __showb(self):
        print(self._b) # self._b ==> 20
        print(self.__a) # self._Animal__a ==> 11
        print(self.__class__.__a) # Class.__a ==>  Cat.__a ==> 10

class Cat(Animal):
    __a = 100
    _b = 200

c = Cat()
c.showa() # 打印 11, 10
c._Animal__showb() # 打印 200, 11, 10

• 实例属性查找顺序

实例的__dict__ → 类__dict__ →如果有继承→ 父类 __dict__ 如果搜索这些地方后没有找到就会抛异常，先找到就立即返回了。

方法的重写、覆盖override

class Animal:
    def shout(self):
        print('Animal shouts')

class Cat(Animal):  # 覆盖了父类方法
    def shout(self):
        print('miao')

a = Animal()
a.shout()

c = Cat()
c.shout()

print(a.__dict__)
print(c.__dict__)
print(Animal.__dict__)
print(Cat.__dict__)

Cat中能否覆盖自己的方法吗?
Cat中能否对父类方法做个增强，不需要完全重写?

class Animal:
    def shout(self):
        print('Animal shout')

class Cat(Animal):  # 覆盖了父类方法
    def shout(self):
        print('miao')
        # 覆盖了自身的方法，显式调用了父类的方法
        super().shout()
        print(super(Cat, self))
        super(Cat, self).shout()  # 等价于 super()
        # self.__class__.__base__.shout(self)  # 不推荐

a = Animal()
a.shout()

c = Cat()
c.shout()

print(a.__dict__)
print(c.__dict__)
print(Animal.__dict__)
print(Cat.__dict__)

super()可以访问到父类的类属性。
静态方法和类方法，是特殊的方法，也是类属性，所以访问方式一样。

class Animal:
    def shot(self):
        print("Animal shots")

class Cat(Animal):
    def shot(self): # 覆盖父类的方法，继重写
        print("Cat shots")

a = Animal()
a.shot() # Animal shots

c = Cat()
c.shot() # Cat shots

• 锦上添花

class Animal:
    def shot(self):
        print("Animal shots")

class Cat(Animal):
    def shot(self): # 覆盖父类的方法，锦上添花
        # self.__class__.__base__.shot(self) # 调用父类的方法
        # Animal.shot(self) # 调用父类的方法  
        super().shot() # 调用父类的方法, 找到离当前类最近的父类(祖先类)的方法
        print("Cat shots")
c = Cat()
c.shot() # Animal shots, Cat shots 

继承时使用初始化

• 调试

class A:
    def __init__(self,a):
        self.a1 = a
        self.__d = 100
class B(A):
    def __init__(self,b,c):
        self.b1 = b 
        self.b2 = c 
    def showme(self):
        print(self.b1, self.b2)
        print(self.a1)

c = B(5,6)
c.showme() # 报错，因为B类没有继承A类的__init__方法，所以没有a1这个属性

# 修复后的代码
class A:
    def __init__(self,a):
        self.a1 = a
        self.__d = 100
class B(A):
    def __init__(self,b,c):
        # A.__init__(self, b + c ) # 调用父类的__init__方法
        super().__init__(b + c) # 调用父类的__init__方法
        self.b1 = b 
        self.b2 = c 
    def showme(self):
        print(self.b1, self.b2)
        print(self.a1)
c = B(5,6)
c.showme() # 5 6 11

class A:
    def __init__(self, a):
        self.a = a

class B(A):
    def __init__(self, b, c):
        super().__init__(b)  # 调用父类 A 的构造函数
        self.b = b
        self.c = c

    def printv(self):
        print(self.b)

# print(self.a)  # 这一行会出错，因为在这个上下文中，self 指代的是当前代码所在的作用域，而不是类或实例

f = B(200, 300)
print(f.__class__.__bases__)
f.printv()
print(f.__dict__)

1. 在 class B 的 __init__ 方法中使用 super().__init__(b) 调用了父类 A 的构造函数，确保 A类的初始化逻辑得到执行。
2. 注释掉了 print(self.a) 这行代码，因为在这个上下文中，self 指代的是当前代码所在的作用域，而不是类或实例，因此该行代码会导致错误。

上例代码可知:
如果类B定义时声明继承自类A，则在类B中__bases__中是可以看到类A。
但是这和是否调用类A的构造方法是两回事。
如果B中调用了父类A的构造方法，就可以拥有父类的属性了。如何理解这一句话呢?
观察B的实例 f 的__dict__中的属性。

• 调试

class A:
    def __init__(self):
        self.a1 = 100
class B(A):
    pass

c = B()
print(c.__dict__) # 打印结果  {'a1': 100}

class A:
    def __init__(self):
        self.a1 = 100
class B(A):
    def __init__(self, b):
        self.b1 = 200     
        super().__init__()
        self.b2 = b
c = B(300) # c.__init__
print(c.__dict__) # 打印结果 {'a1': 100, 'b1': 200, 'b2': 300}

class A:
    def __init__(self, a):
        self.a = a

class B(A):
    def __init__(self, b, c):
        super().__init__(b + c)  # 使用 super() 调用父类 A 的构造函数
        self.b = b
        self.c = c

    def printv(self):
        print(self.b)
        print(self.a)

f = B(200, 300)
print(f.__class__.__bases__)
f.printv()
print(f.__dict__)

作为好的习惯，如果父类定义了__init__方法，你就该在子类的__init__中调用它。
那么，子类什么时候自动调用父类的__init__方法呢?

• 示例1

class A:
    def __init__(self):
        self.a1 = 'a1'
        self.__a2 = 'a2'
        print('init in A')

class B(A):
    pass

b = B()
print(b.__dict__)

B实例的初始化会自动调用基类A的__init__方法。注意生成的是什么类型的实例?注意self是谁。

• 示例2

class A:
    def __init__(self):
        self.a1 = 'a1'
        self.__a2 = 'a2'
        print('init in A')

class B(A):
    def __init__(self):
        super().__init__()  # 调用父类 A 的构造函数
        self.b1 = 'b1'
        print('init in B')

b = B()
print(b.__dict__)

B实例一旦定义了初始化__init__方法，就不会自动调用父类的初始化__init__方法，需要手动调用。

class A:
    def __init__(self):
        self.a1 = 'a1'
        self.__a2 = 'a2'
        print('init in A')

class B(A):
    def __init__(self):
        self.b1 = 'b1'
        print('init in B')
        A.__init__(self)  # 调用父类 A 的构造函数

b = B()
print(b.__dict__)  # 注意 __a2

总结

• 如果在子类中覆盖了父类的__init__方法，那么在子类的__init__方法中，应该显式调用父类的 __init__方法
• Python中并不限制在子类的__init__方法中调用父类的__init__方法的位置，但一般都应该尽早的调用
• 推荐使用super().__init__()或super(B, self).__init__()

单继承

• 上面的例子中，类的继承列表中只有一个类，这种继承称为单一继承。
• OCP原则:多用“继承”、少修改。对扩展开放，对修改封闭。
• 继承的用途:在子类上实现对基类的增强，实现多态

多态

在面向对象中，父类、子类通过继承联系在一起，如果可以通过一套方法，就可以实现不同表现，就是
多态。多态的前提:继承、覆盖

• 体验一下多态

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name 

    def shout(self):
        print(f'{self.name} shouts')

class Cat(Animal):
    def shout(self):
        print(f'{self.name} Miao ~')

class Dog(Animal):
    def shout(self):
        print(f'{self.name} Wang ~')

c = Cat('Tom')
c.shout() # 输出 Tom Miao ~
d = Dog('Jack')
d.shout() # 输出 Jack Wang ~

多继承

一个类继承自多个类就是多继承，它将具有多个类的特征。

多继承弊端

• 多继承很好的模拟了世界，因为事物很少是单一继承，但是舍弃简单，必然引入复杂性，带来了冲突。
  如同一个孩子继承了来自父母双方的特征。那么到底眼睛像爸爸还是妈妈呢?孩子究竟该像谁多一点
  呢?
• 多继承的实现会导致编译器设计的复杂度增加，所以有些高级编程语言舍弃了类的多继承。
• C++支持多继承;Java舍弃了多继承。 Java中，一个类可以实现多个接口，一个接口也可以继承多个接口。Java的接口很纯粹，只是方法的声 明，继承者必须实现这些方法，就具有了这些能力，就能干什么。
• 多继承可能会带来二义性，例如，猫和狗都继承自动物类，现在如果一个类多继承了猫和狗类，猫和狗 都有shout方法，子类究竟继承谁的shout呢?
• 解决方案: 实现多继承的语言，要解决二义性，深度优先或者广度优先。

Python多继承实现

class ClassName(基类1, 基类2[, ...]):
    类体

左图是多继承(菱形继承)，右图是单一继承
多继承带来路径选择问题，究竟继承哪个父类的特征呢
Python使用MRO(method resolution order方法解析顺序)解决基类搜索顺序问题。

• 历史原因，MRO有三个搜索算法:
  • 经典算法，按照定义从左到右，深度优先策略。2.2版本之前 左图的MRO是MyClass,D,B,A,C,A
  • 新式类算法，是经典算法的升级，深度优先，重复的只保留最后一个。2.2版本 左图的MRO是MyClass,D,B,C,A,object
  • C3算法，在类被创建出来的时候，就计算出一个MRO有序列表。2.3之后支持，Python3唯一 支持的算法
    • 左图中的MRO是MyClass,D,B,C,A,object的列表
    • C3算法解决多继承的二义性

经典算法有很大的问题，如果C中有方法覆盖了A的方法，也不会访问到C的方法，因为先访问A的(深度 优先)。
新式类算法，依然采用了深度优先，解决了重复问题，但是同经典算法一样，没有解决继承的单调性。
C3算法，解决了继承的单调性，它阻止创建之前版本产生二义性的代码。求得的MRO本质是为了线性 化，且确定了顺序。
单调性:假设有A、B、C三个类，C的mro是[C, A, B]，那么C的子类的mro中，A、B的顺序一致就是单调的。

多继承的缺点

• 当类很多且继承复杂的情况下，继承路径太多，很难说清什么样的继承路径。
• Python语法是允许多继承，但Python代码是解释执行，只有执行到的时候，才发现错误。
• 团队协作开发，如果引入多继承，那代码很有可能不可控。
• 不管编程语言是否支持多继承，都应当避免多继承。
• Python的面向对象，我们看到的太灵活了，太开放了，所以要团队守规矩。

Mixin

在Python的很多类的实现中，都可以看到一个Mixin的名字，这种类是什么呢?

类有下面的继承关系

文档Document类是其他所有文档类的抽象基类;
Word、Pdf类是Document的子类。
需求:为Document子类提供打印能力
思路:
1、在Document中提供print方法
假设已经有了下面3个类

class Document:
    def __init__(self, content):
        self.content = content

    def print(self):  # 抽象方法
        raise NotImplementedError("Subclasses must implement the print method")


class Word(Document): pass
    # Word 类继承自 Document，没有额外的功能
class Pdf(Document): pass
    # Pdf 类继承自 Document，没有额外的功能

基类提供的方法可以不具体实现，因为它未必适合子类的打印，子类中需要覆盖重写。
基类中只定义，不实现的方法，称为 “抽象方法” 。在Python中，如果采用这种方式定义的抽象方法，子 类可以不实现，直到子类使用该方法的时候才报错。
print算是一种能力 —— 打印功能，不是所有的Document的子类都需要的，所有，从这个角度出发， 上面的基类Document设计有点问题。

2、需要打印的子类上增加
如果在现有子类Word或Pdf上直接增加，虽然可以，却违反了OCP的原则，所以可以继承后增加打印功 能。因此有下图

class Document:
    def __init__(self, content):
        self.content = content

class Word(Document):
    pass

class Pdf(Document):
    pass

class PrintableWord(Word):
    def print(self):
        print(self.content)

print(PrintableWord.__dict__)
print(PrintableWord.mro())

pw = PrintableWord('test string')
pw.print()

看似不错，如果需要还要提供其他能力，如何继承?
例如，如果该类用于网络，还应具备序列化的能力，在类上就应该实现序列化。
可序列化还可能分为使用pickle、json、messagepack等。
这个时候发现，为了增加一种能力，就要增加一次继承，类可能太多了，继承的方式不是很好了。
功能太多，A类需要某几样功能，B类需要另几样功能，它们需要的是多个功能的自由组合，继承实现很 繁琐。

• Mixin
• 先看代码

class Document:  # 第三方库，不允许修改
    def __init__(self, content):
        self.content = content

class Word(Document):  # 第三方库，不允许修改
    pass

class PrintableMixin:
    def print(self):
        print(self.content, 'Mixin')

class PrintableWord(PrintableMixin, Word):
    pass

print(PrintableWord.__dict__)
print(PrintableWord.mro())

Mixin就是其它类混合进来，同时带来了类的属性和方法。

class Document: #抽象基类。在其他面向对象语言中，抽象基类不可以实例化，但是在Python中可以实例化。但不建议这样做
    def __init__(self, content):
        self.content = content

    def print(self): # 抽象方法
        raise NotImplementedError('我是父类,我就是不实现,实现是你们子类的事情') # 父类表示子类应该实现
class Word(Document): pass # n多个方法
class Pdf(Document): pass 

class PrintableWord(Word):
    def print(self):
        print("[ {} ]".format(self.content))
class PrintablePdf(Pdf):
    def print(self):
        print("** {} **".format(self.content))
# c = Word('test')
# c.print() # 报错 NotImplementedError: 我是父类,我就是不实现,实现是你们子类的事情
w = PrintableWord('test word string ...')
w.print() # [ test word string ... ] 
p = PrintablePdf('test pdf string ...')
p.print() # ** test pdf string ... **

• Doc类只管内容，至于打印功能不是doc类的，子类也不是必须，有些类如需要打印，就自己实现;
• word 需要打印，pdf 不需要;
• word A B C, pdf B D, xx A D
• 缺什么补什么 1装饰器 2 Mixin 多继承

Mixin类

class Document:
    def __init__(self,content):
        self.content = content
class Word(Document):
    # pass # n多个方法
    def print(self):
        pass
class Pdf(Document): pass 

class PrintableMixin:
    def print(self):
        print('*** {} ***'.format(self.content))
class PrintableWord(PrintableMixin, Word): pass # 先继承PrintableMixin，再继承Word
print(PrintableWord.__bases__) # 打印结果 (<class '__main__.PrintableMixin'>, <class '__main__.Word'>)
print(PrintableWord.mro()) # 打印结果 [<class '__main__.PrintableWord'>, <class '__main__.PrintableMixin'>, <class '__main__.Word'>, <class '__main__.Document'>, <class 'object'>]
pw = PrintableWord('test word string ...')
pw.print() # *** test word string ... ***

Mixin本质上就是多继承实现的。Mixin体现的是一种组合的设计模式。

在面向对象的设计中，一个复杂的类往往需要很多功能，而这些功能由来自不同的类提供，这就需要很多的类组合在一起。从设计模式的角度来说，多组合，少继承。

Mixin类的使用原则

• Mixin类中不应该显式的出现__init__初始化方法。
• Mixin类仅实现单一功能，通常不能独立工作，因为它是准备混入别的类中的部分功能实现。
• Mixin类是类，也可以继承，其祖先类也应是Mixin类。
• 使用时，Mixin类通常在继承列表的第一个位置，例如classPrintableWord(PrintableMixin, Word): pass。
• Mixin类和装饰器，都可以实现对类的增强，这两种方式都可以使用，看个人喜好。如果还需要继承就得使用Mixin类的方式。