类与对象(Class & Object)

一. 面向对象与类的基础

类（Class）是封装对象属性和行为的载体，具有相同属性和行为的一类实体被称为类。

==在 Python 中“一切皆对象”，每个对象都有其独立的身份（id() 返回内存地址）、类型（type()）和值（内容）。==对象与类的关系，即具体实例与抽象类型之间的关系。

二. 访问权限与成员保护

Python 并没有 C++ 那种强制性的 public、private 关键字，它通过 命名规范 来约定访问权限。

1. 公有成员(Public)

特征： 无前置下划线（如 name, func()）。
权限： 类内部、子类内部以及外部均可自由访问。

2. 受保护成员(Protected)

特征： 单下划线开头（如 _age, _func()）。
权限： 虽然技术上在外部仍能访问，但 Python 约定这属于内部属性，不建议外部直接调用。

3. 私有成员(Private)

对应 C++： private
特征： 双下划线开头，且无结尾下划线（如 __id, __func()）。
权限： 仅限类内部访问。Python 会对其进行“名称修饰”，外部无法直接通过原名访问；但继承的类也可以通过self.__xx访问，但不能直接访问。

4. 特殊方法/魔法方法(Dunder Methods)

特征： 开头和结尾都有双下划线（如 __init__, __str__）。
注意： 它们是系统预留的特殊接口，及：公有的；但系统自动调用，不会手动调用。

(1).对象创建/初始化

方法	触发时机
__new__	创建对象时（较少直接用）
__init__	初始化对象时自动调用

(2).字符串/输出

方法	触发时机
__str__	print(obj) 时调用（给用户看）
__repr__	repr(obj) / 调试时调用（给开发者看）

(3).容器相关

方法	触发时机
__len__	len(obj)
__getitem__	obj[key]
__setitem__	obj[key] = value
__delitem__	del obj[key]
__iter__	for 循环遍历
__contains__	item in obj

(4).运算符重载

方法	触发时机
__add__	+
__sub__	-
__mul__	*
__truediv__	/
__eq__	==
__lt__	<

(5).类型转换

方法	触发时机
__int__	int(obj)
__float__	float(obj)
__str__	str(obj)
__bool__	bool(obj)

(6).属性访问

方法	触发时机
__getattr__	访问不存在属性
__setattr__	设置属性
__delattr__	删除属性

(7).可调用对象

方法	触发时机
__call__	对象像函数一样调用

(8).上下文管理

方法	触发时机
__enter__	with 进入
__exit__	with 结束

三. 成员变量 (数据成员)

在 Python 中，成员变量根据其作用域和初始化时机分为 类属性（静态成员变量） 和 实例属性（普通成员变量）。

1. 类属性 (静态成员变量)

作用： 属于类本身，被该类的所有对象共享。在内存中只存在一份，类似于 C++ 的 static 成员。

• 初始化时机： 类定义时立即初始化（在代码执行到 class 语句块时）。
• 如何初始化： 直接在类体中、函数体外进行赋值。
• 访问方式： 推荐使用 类名.属性名 访问，也可以通过 实例.属性名 访问。

class Human:
    mam = True  # 公有类属性（静态成员）
    _category = "Mammal"  # 受保护类属性
    __logic_gate = True  # 私有类属性

2. 实例属性 (普通成员变量)

作用： 属于具体的对象实例。每个对象都拥有一份独立的拷贝，互不影响。

• 初始化时机： 实例化对象时初始化。
• 如何初始化： 通常在构造函数 __init__ 中，通过 self.属性名 = 值 进行赋值。

class Human:
    def __init__(self, name, secret):
        self.name = name  # 公有实例属性
        self.__secret = secret  # 私有实例属性：外部无法直接通过 zs.__secret 访问

四. 成员函数 (方法)

1. 实例方法 (普通成员函数)

作用： 最常用的方法。可以访问实例属性和类属性。

• 格式： 第一个参数必须是 self（代表当前对象实例）。
• 私有化： 若方法名以 __ 开头，则变为私有方法，外部不可见；继承的子类可以通过self.xx访问，但不能直接访问

2. 类方法 (Class Method)

作用： 类似于 C++ 的静态成员函数，但它能感知到类本身。

• 格式： 使用 @classmethod 装饰，第一个参数必须是 cls（代表类本身）。

3. 静态方法 (Static Method)

作用： 纯粹的工具函数。既不访问 self 也不访问 cls。

• 格式： 使用 @staticmethod 装饰。

五. 构造函数与初始化细节

1. __init__ - 构造函数

作用： 在类被实例化创建对象时由系统自动调用，用于执行“普通成员变量”的初始化。

参数说明：

• self (实例本身)：类似于 C++ 中的 this 指针。
  • 自动传入： 调用时不需要手动传递，Python 会自动将当前创建的对象绑定到 self 上。
  • 必须存在： 必须作为所有实例方法的第一个参数。

返回值：

• NoneType： 构造函数不能有返回值（固定返回 None）。

六. 封装、继承与高级应用

1. @property - 属性封装

作用： 将一个方法伪装成“成员变量”。常用于实现只读变量或对私有变量进行受控读取。

class Human:
    def __init__(self, secret):
        self.__secret = secret # 私有变量

    @property
    def secret(self):
        # 外部可以通过 zs.secret 读取，但无法直接修改
        return self.__secret

2. 类的继承

作用： 子类完全继承父类的所有公有和受保护属性和方法。子类可以重写（Override）父类的方法。

• 注意： 子类不能直接访问父类的私有成员 (__xx)，但可以通过self.__xx访问。

3. 子类显式调用父类构造函数

作用： 在 Python 中，如果子类定义了自己的 __init__ 方法，父类的 __init__ 不会被自动调用。若需在子类中使用父类的初始化逻辑，必须显式调用。

(1). 使用super()调用

• 语法： super().__init__(参数)
• 特点： 不需要显式提供父类名称，自动遵循 MRO（方法解析顺序），是多重继承下的最佳实践。

(2). 使用父类名显式调用

• 语法： 父类名.__init__(self, 参数)
• 特点： 必须手动传入 self 实例。

示例代码：

class Student(Human):
    def __init__(self, name, secret, school):
        # 方式 1：使用 super() (推荐)
        super().__init__(name, secret) 
        
        # 方式 2：使用父类名调用
        # Human.__init__(self, name, secret)
        
        self.school = school  # 初始化子类特有属性

4. isinstance - 类型检查

作用： 判断一个对象是否属于某个类或其子类。

5. 动态多维扩展 (*args)

作用： 利用可变长参数接收任意数量的参数。

class PointND:
    def __init__(self, *args):
        self.__coords = list(args) # 将坐标封装为私有列表