Python 基础知识整理 - 类（2）

作用域和命名空间示例

以下示例演示了如何引用不同的作用域和命名空间，以及 global 和 nonlocal 如何影响变量绑定：

def scope_test():
    def do_local():
        namedemo = "local namedemo"


    def do_nonlocal():
        nonlocal namedemo
        namedemo = "nonlocal namedemo"


    def do_global():
        global namedemo
        namedemo = "global namedemo"


    namedemo = "test namedemo"
    
    do_local()
    print("local 赋值后:", namedemo)
    do_nonlocal()
    print("nonlocal 赋值后:", namedemo)
    do_global()
    print("global 赋值后:", namedemo)


scope_test()
print("在 global 作用域:", namedemo)
复制

运行结果：

local 赋值后: test namedemo
nonlocal 赋值后: nonlocal namedemo
global 赋值后: nonlocal namedemo
在 global 作用域: global namedemo
复制

请注意，局部赋值（默认）没有改变 scope_test 对 namedemo 的绑定。nonlocal 赋值更改了 scope_test 对 namedemo 的绑定，global 赋值更改了模块级绑定。

类引入了少量新语法、三种新对象类型和一些新语义。

类定义语法

类定义的最简单形式如下所示：

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>
复制

类定义必须在应用之前执行，如同函数定义（def 语句）。（可以将类定义放在 if 语句的分支中或函数中。）

在实践中，类定义中的语句通常是函数定义，但是其他语句也是允许的，有时也是有用的——我们将在后面讨论。类中的函数定义通常有一种特殊形式的参数列表，由方法的调用约定决定——同样，这将在后面解释。

当进入一个类定义时，将创建一个新的命名空间，并将其用作局部作用域-因此，所有对局部变量的赋值都将进入这个新命名空间。特别是，函数定义在这里绑定新函数的名称。

当类定义正常结束时，将创建一个类对象。这基本上是类定义创建的命名空间内容的包装器。原始的局部作用域（在进入类定义之前生效的作用域）被恢复，在这里类对象被绑定到类定义头中给出的类名（示例中的 ClassName）。

类对象

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。

属性引用使用 Python 中的标准语法:  obj.name。有效属性名称是创建类对象时类命名空间中的所有名称。如果类定义如下所示：

class MyClass:
    """简单类示例"""
    i = 12345


    def fun(self):
        return 'Hi'
复制

MyClass.i 和 MyClass.fun 是有效的属性引用，分别返回整数和函数对象。可以对类属性赋值，因此可以更改 MyClass.i 的值。__doc__ 也是一个有效属性，返回属于类的文档字符串：“简单类示例”。

类实例化使用函数表示法。假设类对象是一个无参数函数，它返回类的一个新实例。例如：

x = MyClass()
复制

创建类的新实例，并将此对象指定给局部变量 x。

实例化操作（“调用”类对象）创建一个空对象。许多类在创建对象时会指定特定的初始状态。因此，类可以定义一个名为 __init__() 的特殊方法，如下所示：

def __init__(self):
    self.data = []
复制

当类定义了 __init__() 方法时，类实例化会自动为新创建的类实例调用 __init__()。因此，在本例中，可以通过以下方式获得新的初始化实例：

x = MyClass()
复制

当然，__init__() 方法可以带有参数，使方法更具灵活性。在这种情况下，提供给类实例化运算符的参数将传递给 __init__()。例如：

class Complex:
    def __init__(self, realpart, imagpart):
        self.r = realpart
        self.i = imagpart


x = Complex(3.0, -4.5)
print(x.r, x.i)
复制

运行结果：

3.0 -4.5
复制

实例对象

现在可以用实例对象做什么？实例对象理解的唯一操作是属性引用。有两种有效的属性名称：数据属性和方法。

数据属性对应于 Simultalk 中的“实例变量”和 C++ 中的“数据成员”。数据属性不需要声明；与局部变量一样，它们在第一次分配给时就开始存在。例如，如果 x 是上面创建的 MyClass 的实例，下面的代码将打印出 16，而不留下任何其他痕迹：

class MyClass:
    """简单类示例"""
    i = 12345


    def fun(self):
        return 'Hi'


x = MyClass()
x.counter = 1
while x.counter < 10:
    x.counter = x.counter * 2
print(x.counter)
del x.counter
复制

另一种实例属性引用是方法。方法是“属于”对象的函数。（在 Python 中，术语“方法”并不是类实例独有的：其他对象类型也可以有方法。例如，列表对象有 append、insert、remove、sort 等方法。但是，在下面的讨论中，除非另有明确说明，否则我们将专门使用术语“方法”来表示类实例对象的方法.)

实例对象的有效方法名取决于其类。根据定义，类的所有属性中的函数对象定义对应其实例的相应方法。因此，在我们的示例中，x.fun 是一个有效的方法引用，因为 MyClass.fun 是一个函数，但 x.i 不是，因为 MyClass.i 不是函数。但是 x.fun 和 MyClass.fun 不是一回事。它是一个方法对象，而不是函数对象。

方法对象

通常，方法在绑定后立即调用：

x.f()
复制

在 MyClass 示例中，这将返回字符串 'Hi'。但是，没有必要立即调用方法：x.fun 是一个方法对象，可以存储起来，以后再调用。例如：

class MyClass:
    """简单类示例"""
    i = 12345


    def fun(self):
        return 'Hi'


x = MyClass()
xf = x.fun


while True:
    print(xf())
复制

将持续打印 Hi。

调用一个方法时会发生什么？你可能已经注意到，上述调用 x.fun() 时没有使用任何参数，即使 fun() 的函数定义指定了参数。调用有必须参数的函数，但是调用时却没有提供，Python 会引发一个异常，即使该参数没有实际使用......

实际上，你可能已经猜到了答案：方法的特殊之处在于实例对象作为函数的第一个参数传递。在我们的示例中，调用 x.fun() 与 MyClass.fun(x) 完全等效。通常，调用带有 n 个参数的方法，和在该参数列表第一个参数之前插入方法的实例对象是等价的。

如果仍然不了解方法是如何工作的，那么看看实现可能会澄清问题。引用实例的非数据属性时，将搜索该实例的类。如果名称是作为函数对象的有效类属性，则通过打包（指向）实例对象和刚刚在抽象对象中找到的函数对象来创建方法对象：这就是方法对象。使用参数列表调用方法对象时，将从实例对象和参数列表构造新的参数列表，并使用此新参数列表调用函数对象。

类和实例变量

一般来说，实例变量用于每个实例特有的数据，类变量用于类的所有实例共享的属性和方法：

class Book:


    kind = '小说'             # 所有实例共享的类变量


    def __init__(self, name):
        self.name = name      # 独属于实例的变量


d = Book('玄幻')
e = Book('穿越')


print(d.kind)
print(e.kind)
print(d.name)
print(e.name)
复制

运行结果：

小说
小说
玄幻
穿越
复制

正如之前曾经介绍过的，共享数据可能会对涉及列表和字典等可变对象产生令人吃惊的影响。例如，以下代码中的 tricks 列表不应用作类变量，因为所有 Dog 实例共享一个列表：

class Dog:


    tricks = []    # 错误使用类变量


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


    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)


black = Dog('小黑')
white = Dog('小白')
black.add_trick('打滚儿')
white.add_trick('装死')
print(black.tricks)    # 被所有其他实例共享了
复制

运行结果：

['打滚儿', '装死']
复制

类的正确设计应改为使用实例变量：

class Dog:


    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.tricks = []    #创建空列表


    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)


black = Dog('小黑')
white = Dog('小白')
black.add_trick('打滚儿')
white.add_trick('装死')
print(black.tricks)
print(white.tricks)
复制

运行结果：

['打滚儿']
['装死']
复制

官方文档：

https://docs.python.org/3.9/tutorial/classes.html