面向对象相关知识
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三大支柱：封装、继承、多态
例子：工资结算系统。
""" 月薪结算系统 - 部门经理每月15000 程序员每小时200 销售员1800底薪加销售额5%提成 """ from abc import ABCMeta, abstractmethod class Employee(metaclass=ABCMeta): """员工(抽象类)""" def __init__(self, name): self.name = name @abstractmethod def get_salary(self): """结算月薪(抽象方法)""" pass class Manager(Employee): """部门经理""" def get_salary(self): return 15000.0 class Programmer(Employee): """程序员""" def __init__(self, name, working_hour=0): self.working_hour = working_hour super().__init__(name) def get_salary(self): return 200.0 * self.working_hour class Salesman(Employee): """销售员""" def __init__(self, name, sales=0.0): self.sales = sales super().__init__(name) def get_salary(self): return 1800.0 + self.sales * 0.05 class EmployeeFactory: """创建员工的工厂（工厂模式 - 通过工厂实现对象使用者和对象之间的解耦合）""" @staticmethod def create(emp_type, *args, **kwargs): """创建员工""" all_emp_types = {'M': Manager, 'P': Programmer, 'S': Salesman} cls = all_emp_types[emp_type.upper()] return cls(*args, **kwargs) if cls else None def main(): """主函数""" emps = [ EmployeeFactory.create('M', '曹操'), EmployeeFactory.create('P', '荀彧', 120), EmployeeFactory.create('P', '郭嘉', 85), EmployeeFactory.create('S', '典韦', 123000), ] for emp in emps: print(f'{emp.name}: {emp.get_salary():.2f}元') if __name__ == '__main__': main() -
类与类之间的关系
- is-a关系：继承
- has-a关系：关联 / 聚合 / 合成
- use-a关系：依赖
例子：扑克游戏。
""" 经验：符号常量总是优于字面常量，枚举类型是定义符号常量的最佳选择 """ from enum import Enum, unique import random @unique class Suite(Enum): """花色""" SPADE, HEART, CLUB, DIAMOND = range(4) def __lt__(self, other): return self.value < other.value class Card: """牌""" def __init__(self, suite, face): """初始化方法""" self.suite = suite self.face = face def show(self): """显示牌面""" suites = ['♠︎', '♥︎', '♣︎', '♦︎'] faces = ['', 'A', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K'] return f'{suites[self.suite.value]}{faces[self.face]}' def __repr__(self): return self.show() class Poker: """扑克""" def __init__(self): self.index = 0 self.cards = [Card(suite, face) for suite in Suite for face in range(1, 14)] def shuffle(self): """洗牌（随机乱序）""" random.shuffle(self.cards) self.index = 0 def deal(self): """发牌""" card = self.cards[self.index] self.index += 1 return card @property def has_more(self): return self.index < len(self.cards) class Player: """玩家""" def __init__(self, name): self.name = name self.cards = [] def get_one(self, card): """摸一张牌""" self.cards.append(card) def sort(self, comp=lambda card: (card.suite, card.face)): """整理手上的牌""" self.cards.sort(key=comp) def main(): """主函数""" poker = Poker() poker.shuffle() players = [Player('东邪'), Player('西毒'), Player('南帝'), Player('北丐')] while poker.has_more: for player in players: player.get_one(poker.deal()) for player in players: player.sort() print(player.name, end=': ') print(player.cards) if __name__ == '__main__': main()说明：上面的代码中使用了Emoji字符来表示扑克牌的四种花色，在某些不支持Emoji字符的系统上可能无法显示。
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对象的复制（深复制/深拷贝/深度克隆和浅复制/浅拷贝/影子克隆）
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垃圾回收、循环引用和弱引用
Python使用了自动化内存管理，这种管理机制以引用计数为基础，同时也引入了标记-清除和分代收集两种机制为辅的策略。
typedef struct _object { /* 引用计数 */ int ob_refcnt; /* 对象指针 */ struct _typeobject *ob_type; } PyObject;/* 增加引用计数的宏定义 */ #define Py_INCREF(op) ((op)->ob_refcnt++) /* 减少引用计数的宏定义 */ #define Py_DECREF(op) \ //减少计数 if (--(op)->ob_refcnt != 0) \ ; \ else \ __Py_Dealloc((PyObject *)(op))导致引用计数+1的情况：
- 对象被创建，例如
a = 23 - 对象被引用，例如
b = a - 对象被作为参数，传入到一个函数中，例如
f(a) - 对象作为一个元素，存储在容器中，例如
list1 = [a, a]
导致引用计数-1的情况：
- 对象的别名被显式销毁，例如
del a - 对象的别名被赋予新的对象，例如
a = 24 - 一个对象离开它的作用域，例如f函数执行完毕时，f函数中的局部变量（全局变量不会）
- 对象所在的容器被销毁，或从容器中删除对象
引用计数可能会导致循环引用问题，而循环引用会导致内存泄露，如下面的代码所示。为了解决这个问题，Python中引入了“标记-清除”和“分代收集”。在创建一个对象的时候，对象被放在第一代中，如果在第一代的垃圾检查中对象存活了下来，该对象就会被放到第二代中，同理在第二代的垃圾检查中对象存活下来，该对象就会被放到第三代中。
# 循环引用会导致内存泄露 - Python除了引用技术还引入了标记清理和分代回收 # 在Python 3.6以前如果重写__del__魔术方法会导致循环引用处理失效 # 如果不想造成循环引用可以使用弱引用 list1 = [] list2 = [] list1.append(list2) list2.append(list1)以下情况会导致垃圾回收：
- 调用
gc.collect() gc模块的计数器达到阀值- 程序退出
如果循环引用中两个对象都定义了
__del__方法，gc模块不会销毁这些不可达对象，因为gc模块不知道应该先调用哪个对象的__del__方法，这个问题在Python 3.6中得到了解决。也可以通过
weakref模块构造弱引用的方式来解决循环引用的问题。 - 对象被创建，例如
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魔法属性和方法（请参考《Python魔法方法指南》）
有几个小问题请大家思考：
- 自定义的对象能不能使用运算符做运算？
- 自定义的对象能不能放到
set中？能去重吗？ - 自定义的对象能不能作为
dict的键？ - 自定义的对象能不能使用上下文语法？
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混入（Mixin）
例子：自定义字典限制只有在指定的key不存在时才能在字典中设置键值对。
class SetOnceMappingMixin: """自定义混入类""" __slots__ = () def __setitem__(self, key, value): if key in self: raise KeyError(str(key) + ' already set') return super().__setitem__(key, value) class SetOnceDict(SetOnceMappingMixin, dict): """自定义字典""" pass my_dict= SetOnceDict() try: my_dict['username'] = 'jackfrued' my_dict['username'] = 'hellokitty' except KeyError: pass print(my_dict) -
元编程和元类
对象是通过类创建的，类是通过元类创建的，元类提供了创建类的元信息。所有的类都直接或间接的继承自
object，所有的元类都直接或间接的继承自type。例子：用元类实现单例模式。
import threading class SingletonMeta(type): """自定义元类""" def __init__(cls, *args, **kwargs): cls.__instance = None cls.__lock = threading.RLock() super().__init__(*args, **kwargs) def __call__(cls, *args, **kwargs): if cls.__instance is None: with cls.__lock: if cls.__instance is None: cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs) return cls.__instance class President(metaclass=SingletonMeta): """总统(单例类)""" pass -
面向对象设计原则
- 单一职责原则 （SRP）- 一个类只做该做的事情（类的设计要高内聚）
- 开闭原则 （OCP）- 软件实体应该对扩展开发对修改关闭
- 依赖倒转原则（DIP）- 面向抽象编程（在弱类型语言中已经被弱化）
- 里氏替换原则（LSP） - 任何时候可以用子类对象替换掉父类对象
- 接口隔离原则（ISP）- 接口要小而专不要大而全（Python中没有接口的概念）
- 合成聚合复用原则（CARP） - 优先使用强关联关系而不是继承关系复用代码
- 最少知识原则（迪米特法则，LoD）- 不要给没有必然联系的对象发消息
说明：上面加粗的字母放在一起称为面向对象的SOLID原则。
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GoF设计模式
- 创建型模式：单例、工厂、建造者、原型
- 结构型模式：适配器、门面（外观）、代理
- 行为型模式：迭代器、观察者、状态、策略
例子：可插拔的哈希算法（策略模式）。
class StreamHasher(): """哈希摘要生成器""" def __init__(self, alg='md5', size=4096): self.size = size alg = alg.lower() self.hasher = getattr(__import__('hashlib'), alg.lower())() def __call__(self, stream): return self.to_digest(stream) def to_digest(self, stream): """生成十六进制形式的摘要""" for buf in iter(lambda: stream.read(self.size), b''): self.hasher.update(buf) return self.hasher.hexdigest() def main(): """主函数""" hasher1 = StreamHasher() with open('Python-3.7.6.tgz', 'rb') as stream: print(hasher1.to_digest(stream)) hasher2 = StreamHasher('sha1') with open('Python-3.7.6.tgz', 'rb') as stream: print(hasher2(stream)) if __name__ == '__main__': main()