类的高级特性
引言
在面向对象编程（OOP）中，类是构建程序的基础模块。通过类，我们可以定义对象的属性和行为。在前面的课程中，我们已经学习了类的基本概念，如类的定义、实例化、继承等。在本章中，我们将深入探讨类的一些高级特性，包括类变量与实例变量、特殊方法与运算符重载、静态方法与类方法，以及访问控制与封装。这些特性将帮助我们编写更加灵活、高效和安全的代码。
核心概念讲解
类变量与实例变量
类变量是属于类本身的变量，它们在所有实例之间共享。类变量通常用于定义与类相关的常量或共享数据。
实例变量是属于类的每个实例的变量，它们在每个实例中独立存在。实例变量通常用于存储对象的状态。
class MyClass:
classvar = 0 类变量
def init(self, instancevar):
self.instancevar = instancevar 实例变量
访问类变量
print(MyClass.classvar) 输出: 0
创建实例
obj1 = MyClass(1)
obj2 = MyClass(2)
访问实例变量
print(obj1.instancevar) 输出: 1
print(obj2.instancevar) 输出: 2
修改类变量
MyClass.classvar = 10
print(obj1.classvar) 输出: 10
print(obj2.classvar) 输出: 10
特殊方法与运算符重载
Python中的特殊方法（也称为魔术方法）以双下划线（）开头和结尾。这些方法允许我们自定义类的行为，例如运算符重载。
class Point:
def init(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
重载加法运算符
def add(self, other):
return Point(self.x + other.x, self.y + other.y)
重载字符串表示
def str(self):
return f”Point({self.x}, {self.y})”
使用重载的运算符
p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(3, 4)
p3 = p1 + p2
print(p3) 输出: Point(4, 6)
静态方法与类方法
静态方法是类中定义的方法，它们不依赖于类的实例或类本身。静态方法通常用于执行与类相关的实用功能。
类方法是类中定义的方法，它们接收类作为第一个参数（通常命名为cls）。类方法通常用于操作类变量或执行与类相关的操作。
class MyClass:
classvar = 0
@staticmethod
def staticmethod():
print(“This is a static method.”)
@classmethod
def classmethod(cls):
print(f”This is a class method. classvar = {cls.classvar}”)
调用静态方法
MyClass.staticmethod() 输出: This is a static method.
调用类方法
MyClass.classmethod() 输出: This is a class method. classvar = 0
访问控制与封装
封装是面向对象编程的重要原则之一，它通过访问控制来保护对象的内部状态。Python通过命名约定来实现访问控制：
- 公有成员：没有下划线前缀的成员，可以在类的外部访问。
- 保护成员：以单下划线（
）为前缀的成员，表示它们是受保护的，但外部仍然可以访问。 - 私有成员：以双下划线（
）为前缀的成员，表示它们是私有的，外部无法直接访问。
class MyClass:
def init(self):
self.publicvar = 1
self.protectedvar = 2
self.privatevar = 3
def getprivatevar(self):
return self.privatevar
创建实例
obj = MyClass()
访问公有成员
print(obj.publicvar) 输出: 1
访问保护成员
print(obj.protectedvar) 输出: 2
访问私有成员（会报错）
print(obj.privatevar) AttributeError
通过方法访问私有成员
print(obj.getprivatevar()) 输出: 3
实例和练习
实例：银行账户类
class BankAccount:
interestrate = 0.03 类变量，表示利率
def init(self, owner, balance=0):
self.owner = owner
self.balance = balance 私有变量
def deposit(self, amount):
self.balance += amount
def withdraw(self, amount):
if amount > self.balance:
print(“Insufficient funds”)
else:
self.balance -= amount
def getbalance(self):
return self.balance
@classmethod
def setinterestrate(cls, rate):
cls.interestrate = rate
@staticmethod
def calculateinterest(balance):
return balance BankAccount.interestrate
创建实例
account = BankAccount(“Alice”, 1000)
存款
account.deposit(500)
print(account.getbalance()) 输出: 1500
取款
account.withdraw(200)
print(account.getbalance()) 输出: 1300
计算利息
interest = BankAccount.calculateinterest(account.getbalance())
print(interest) 输出: 39.0
修改利率
BankAccount.setinterestrate(0.04)
interest = BankAccount.calculateinterest(account.getbalance())
print(interest) 输出: 52.0
练习
- 创建一个
Rectangle类，包含width和height两个实例变量。为Rectangle类重载+运算符，使得两个矩形相加时返回一个新的矩形，其宽度和高度分别为两个矩形的宽度和高度之和。 - 在
Rectangle类中添加一个类变量count，用于记录创建的矩形实例的数量。每次创建新的矩形实例时，count应自动增加。 - 为
Rectangle类添加一个静态方法issquare，用于判断一个矩形是否是正方形。
总结
在本章中，我们深入探讨了类的高级特性，包括类变量与实例变量、特殊方法与运算符重载、静态方法与类方法，以及访问控制与封装。这些特性使我们能够编写更加灵活、高效和安全的代码。通过实例和练习，我们进一步巩固了这些概念。掌握这些高级特性将帮助你在面向对象编程中更加得心应手。