python简单入门--day4面向对象编程、输入输出、错误捕获处理、标准库以及其它

坏蛋Dan

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发布时间：2024.1.3

前言

昨天我们简单的学习了数据结构并且写了一个小demo

坏蛋Dan：python简单入门--day3:数据结构和小例子

今天我们来了解下python的面向对象编程理念、输入输出、错误的捕获处理、标准库以及其它

Object Oriented Programming

前面我们写代码都是基于函数，以一块语句的方式来修改数据，这种一般叫做面向过程编程(precedure-oriented programming)。

而我们还以可以用另一种方式，将一系列函数等组合到一个对象里面，这种则是面向对象编程(object-oriented programming)。

这两种编程理念都没问题，大部分时候我们都可以使用面向过程编程，而小部分时候不适合面向过程，那么就可以采用面向对象的方式。

类(classes)和对象(objects)是面向对象编程的两个主要方面。

类可以创建一个新类型，而对象是类的一个实例。

比如通过int创建的整数变量都是对象，而int是一个class，所以这些变量都是int这个class的实例。

对于对象/类里面的变量来说，一般被叫做字段(fields)。也可以是函数，但是函数只可以定义于class里面，不过作为类的实例，对象也可以使用这些函数。

字段有两个类型：

instance variables
class variables

self

和一般的函数对比，类里面的函数(一般用来区分叫做methods)唯一的不同点就在于它的第一个参数必须要是self（一般叫self，你也可以自定义），这个self不需要我们传入，编译解析的时候会自动带上。(可以参考Rust里的struct implement的methods)。

至于为什么不需要我们手动传入self，这里有个简单的例子用于理解：

比如我们有一个MyClass的类和它的实例myobject对象，当我们通过myobject调用定义在MyClass里的methods的时候：myobject.methods(arg1, arg2)，在编译解析的时候会被python转换为MyClass.methods(myobject, arg1, arg2)。所以我们并不需要手动传入。

Classes

定义类的关键字是class,字段和函数都定义在这个类的block里面。

直接来看下例子

创建类的实例不需要new关键字

__main__.Person：表示这个p对象是当前module里的Person类的实例对象，而后面这一段十六进制则是我们这个对象在堆内存上的地址。

Methods

直接来看下例子

`init` 方法

在类里面有一些特殊的methods，而这个__init__则是其中一个。

这个方法会在一个对象实例被创建的时候执行，相当于其它语言的constructor。

我们来看下用法

类和对象的变量

前面说过，类和对象的变量叫做字段(fields)，并且字段有两种类型：instance variables和class variables。

顾名思义，就是类的字段和对象的字段。

Class variables: 类字段是公用的(shared)，它们也可以被这个类的实例对象访问。不过需要注意的是，类字段是唯一的，如果存在多个实例对象，那么这些实例对象共用这个字段，当其中一个对象改变这个字段的时候，所有的类对象访问这个字段的时候也都会发生改变。
Object variables：这些字段由实例对象自行管理，即当数据发生变化的时候并不会影响到其它实例对象。

我们来看下例子

这里的name是对象字段，而population这个字段则是一个类字段。

注意self也是对象自身的，而不是类的。

另外我们还可以用self.__class__这个attribute去访问类字段：self.__class__.population（类似前端的通过prototype去访问）。

这里还有一个装饰器(decorator[1]):@classmethod指明how_many这个方法是类私有的，实例对象不能访问。

简单地说，这里的装饰器算是一种语法糖，相当于以下写法

所有的类字段都是公用的，除了通过__开头的，通过__开头的比如__privatevar指明这个字段是类私有的，创建的实例对象不会有这个字段。

继承(Inheritance)

继承是面向对象编程的其中一个特性，我们可以通过继承来复用一些方法。（一些语言比如go、rust都不再实现这个特性，改用implement crate等方式实现，因为继承是全部继承，存在浪费。）

比如教室，A教室和B教室，对于这两个教室来说，教室的所有属性比如教室的介绍、用途都是一样的，但是子类又需要有自己的属性，比如名字叫A或者名字叫B。

那么这个时候我们可以构造一个父类叫做：教室，把一些相同的特性都翻到这个父类里。然后实现两个子类A教室和B教室继承这个父类。

教程里给出的例子是学校的成员，有教师和学生，但他们无疑都是学校成员。

语法是在类定义类名的地方加上(需要继承的类，允许传入多个，需要用[]包裹)

这个写法有些类似于js中的伪继承。

其它我就不必多说了，相信大家都清楚。

Input and Output

作为程序，和用户进行交互是不可避免的。那么交互就有两个点需要实现：输入和输出。

我们前面已经接触过相关的api了，输入：内置的input方法；输出：内置的print方法。

input from user

我们直接来看下例子

一个简单判断字符串是否是回文的代码片段。

Files

当然，交互可不止有输入框，文件操作也算是一种交互。

直接来看下如何简单的读/写一个文件，来个经典的例子

open是内置的函数，第一个参数是path，第二个参数是可以选的，默认是-r表示read读，当传入-w的时候表示写（覆盖），-a表示写但是非覆盖，在原有基础上新增。

另外还有两个mode，-t表示操作的是文本，而-b则表示操作的是二进制(binary)。

默认情况下是将文件视作-t，打开则是-r。

还有其它不太常用的，你可以直接通过help(open)来查看其它的mode。

Pickle

python标准库中提供了一个模块叫做pickle，翻译过来就是腌制的意思，而它的用法也如它的名字一样。

它允许我们将任何原始的python对象存储到文件中并在之后返回。

wb表示write binary，而rb表示read binary。

另外我们还可以指明encoding,一般都是utf-8

Exceptions

当遇到程序错误的时候，python中物理终端程序的方式是ctrl + z（window,Mac上则是ctrl + d）和传统的ctrl + c是不同的，这一点需要注意。

捕获错误

处理物理手段之外，还有我们最常见的try catch，但是在python则是try except,我们来看下例子

类似if ... elif...else一样，可以存在多个条件。

抛出错误

有些错误是runtime的时候才会触发的，这个时候一般兜底逻辑也不适用，这个时候就需要把捕获到的错误抛出，然后手动去跟踪排查问题最后处理。

这里就需要使用到raise关键字

我们还实现了一个类：ShortInputException，它继承于Exception这个类。

另外我们还使用了as这个关键字指明这个类捕获的错误变量名为ex。

Try...Finally

这个自然就不必多说了，直接来看下例子

`with`语句

这个语法需要特别留意，在python中with这个语句有特殊用法，我们先来看下例子

这个例子和我们之前写的open的是差不多的，唯一的不同点在于我们并不需要手动的去写f.close()，这个过程交给了with语句块自动实现。

在进入到with语句块的时候，它会去执行thefile.__enter__这个函数，然后在这个块结束后执行thefile.__exit__函数。

实现应该可以参考rust中对于Drop的implement。

这个with可以用来替代try...finally，会优雅些。

Standard Library

一门编程语言一般可以拆分为三部分：

core：核心代码，一些基础数据结构等。
standard library：标准库，对于core的一些补充拓展，比如一些非常非常常用的api实现，一般是内置的，也就是当你安装对应的语言环境的时候也会顺带带上，需要注意core没有了标准库照样能活。
third-party dependences：第三方依赖，这种就不是自带的了，需要用户手动去install。