面向对象(OOP)基本概念

面向对象编程 —— Object Oriented Programming 简写 OOP

01. 面向对象基本概念

我们之前学习的编程方式就是 面向过程 的
面相过程 和 面相对象，是两种不同的 编程方式
对比 面向过程 的特点，可以更好地了解什么是 面向对象

1.1 过程和函数（科普）

过程是早期的一个编程概念
过程类似于函数，只能执行，但是没有返回值
函数不仅能执行，还可以返回结果

1.2 面相过程和面相对象基本概念

1) 面相过程 —— 怎么做？

把完成某一个需求的 所有步骤 从头到尾 逐步实现
根据开发需求，将某些 功能独立 的代码封装成一个又一个函数
最后完成的代码，就是顺序地调用 不同的函数

特点

注重 步骤与过程，不注重职责分工
如果需求复杂，代码会变得很复杂
开发复杂项目，没有固定的套路，开发难度很大！

001_面向过程.png

2) 面向对象 —— 谁来做？

相比较函数，面向对象 是更大的封装，根据职责在 一个对象中封装多个方法

在完成某一个需求前，首先确定职责 —— 要做的事情（方法）
根据职责确定不同的对象，在对象内部封装不同的方法（多个）
最后完成的代码，就是顺序地让 不同的对象 调用 不同的方法

特点

注重 对象和职责，不同的对象承担不同的职责
更加适合应对复杂的需求变化，是专门应对复杂项目开发，提供的固定套路
需要在面向过程基础上，再学习一些面向对象的语法

001_植物大战僵尸

001_植物大战僵尸类图.png

类和对象

01. 类和对象的概念

类和对象是 面向对象编程的两个核心概念

1.1 类

类是对一群具有 相同特征 或者行为的事物的一个统称，是抽象的，不能直接使用
- 特征被称为属性
- 行为被称为方法
类就相当于制造飞机时的图纸，是一个模板，是 负责创建对象的

002_飞机设计图纸

1.2 对象

对象是 由类创建出来的一个具体存在，可以直接使用
由 哪一个类 创建出来的对象，就拥有在 哪一个类 中定义的：
- 属性
- 方法
对象就相当于用图纸制造的飞机

在程序开发中，应该 先有类，再有对象

003_飞机对象

02. 类和对象的关系

类是模板，对象是根据类这个模板创建出来的，应该 先有类，再有对象
类只有一个，而对象可以有很多个
- 不同的对象 之间属性可能会各不相同
类中定义了什么 属性和方法，对象中就有什么属性和方法，不可能多，也不可能少

03. 类的设计

在使用面相对象开发前，应该首先分析需求，确定一下，程序中需要包含哪些类！

在程序开发中，要设计一个类，通常需要满足一下三个要素：

类名这类事物的名字，满足大驼峰命名法
属性这类事物具有什么样的特征
方法这类事物具有什么样的行为

大驼峰命名法

CapWords

每一个单词的首字母大写
单词与单词之间没有下划线

3.1 类名的确定

名词提炼法 分析 整个业务流程，出现的名词，通常就是找到的类

3.2 属性和方法的确定

对 对象的特征描述，通常可以定义成属性
对象具有的行为（动词），通常可以定义成方法

提示：需求中没有涉及的属性或者方法在设计类时，不需要考虑

面相对象基础语法

01. `dir` 内置函数（知道）

在 Python 中 对象几乎是无所不在的，我们之前学习的变量、数据、函数都是对象

在 Python 中可以使用以下两个方法验证：

在 标识符 / 数据后输入一个 .，然后按下 TAB 键，iPython 会提示该对象能够调用的 方法列表
使用内置函数 dir 传入 标识符 / 数据，可以查看对象内的 所有属性及方法

提示 __方法名__ 格式的方法是 Python 提供的 内置方法 / 属性，稍后会给大家介绍一些常用的内置方法 / 属性

序号	方法名	类型	作用
01	`__new__`	方法	创建对象时，会被自动调用
02	`__init__`	方法	对象被初始化时，会被自动调用
03	`__del__`	方法	对象被从内存中销毁前，会被自动调用
04	`__str__`	方法	返回对象的描述信息，`print` 函数输出使用

提示利用好 dir() 函数，在学习时很多内容就不需要死记硬背了

02. 定义简单的类（只包含方法）

面向对象 是更大的封装，在 一个类中封装多个方法，这样 通过这个类创建出来的对象，就可以直接调用这些方法了！

2.1 定义只包含方法的类

在 Python 中要定义一个只包含方法的类，语法格式如下：

class 类名:

    def 方法1(self, 参数列表):
        pass
    
    def 方法2(self, 参数列表):
        pass

方法的定义格式和之前学习过的函数几乎一样
区别在于第一个参数必须是 self，大家暂时先记住，稍后介绍 self

注意：类名的命名规则要符合 大驼峰命名法

2.2 创建对象

当一个类定义完成之后，要使用这个类来创建对象，语法格式如下：

1	对象变量 = 类名()

2.3 第一个面向对象程序

引用概念的强调

在面向对象开发中，引用的概念是同样适用的！

在 Python 中使用类 创建对象之后，tom 变量中仍然记录的是 对象在内存中的地址
也就是 tom 变量引用了 新建的猫对象
使用 print 输出 对象变量，默认情况下，是能够输出这个变量 引用的对象 是 由哪一个类创建的对象，以及 在内存中的地址（十六进制表示）

提示：在计算机中，通常使用 十六进制 表示 内存地址

十进制 和 十六进制 都是用来表达数字的，只是表示的方式不一样

十进制 和 十六进制 的数字之间可以来回转换

%d 可以以 10 进制 输出数字
%x 可以以 16 进制 输出数字

03. 方法中的 `self` 参数

给对象增加属性

在 Python 中，要 给对象设置属性，非常的容易，但是不推荐使用
- 因为：对象属性的封装应该封装在类的内部
只需要在 类的外部的代码 中直接通过 . 设置一个属性即可

注意：这种方式虽然简单，但是不推荐使用！

在 类的外部，通过 变量名. 访问对象的 属性和方法
在 类封装的方法中，通过 self. 访问对象的 属性和方法

04. 初始化方法

在日常开发中，不推荐在 类的外部 给对象增加属性
- 如果在运行时，没有找到属性，程序会报错
对象应该包含有哪些属性，应该 封装在类的内部

初始化方法

当使用 类名() 创建对象时，会自动执行以下操作：
1. 为对象在内存中 分配空间 —— 创建对象
2. 为对象的属性 设置初始值 —— 初始化方法(init)
这个 初始化方法 就是 __init__ 方法，__init__ 是对象的内置方法

__init__ 方法是专门用来定义一个类 具有哪些属性的方法！

4.3 在初始化方法内部定义属性

在 __init__ 方法内部使用 self.属性名 = 属性的初始值 就可以 定义属性

4.4 初始化的同时设置初始值

在开发中，如果希望在 创建对象的同时，就设置对象的属性，可以对 __init__ 方法进行改造
1. 把希望设置的属性值，定义成 __init__ 方法的参数
2. 在方法内部使用 self.属性 = 形参 接收外部传递的参数
3. 在创建对象时，使用 类名(属性1, 属性2...) 调用

05. 内置方法和属性

序号	方法名	类型	作用
01	`__del__`	方法	对象被从内存中销毁前，会被自动调用
02	`__str__`	方法	返回对象的描述信息，`print` 函数输出使用

5.1 `del` 方法（知道）

在 Python 中
- 当使用 类名() 创建对象时，为对象 分配完空间后，自动调用 __init__ 方法
- 当一个 对象被从内存中销毁 前，会自动调用 __del__ 方法
应用场景
- __init__ 改造初始化方法，可以让创建对象更加灵活
- __del__ 如果希望在对象被销毁前，再做一些事情，可以考虑一下 __del__ 方法
生命周期
- 一个对象从调用 类名() 创建，生命周期开始
- 一个对象的 __del__ 方法一旦被调用，生命周期结束
- 在对象的生命周期内，可以访问对象属性，或者让对象调用方法

5.2 `str` 方法

在 Python 中，使用 print 输出 对象变量，默认情况下，会输出这个变量 引用的对象 是 由哪一个类创建的对象，以及 在内存中的地址（十六进制表示）
如果在开发中，希望使用 print 输出 对象变量 时，能够打印 自定义的内容，就可以利用 __str__ 这个内置方法了

注意：__str__ 方法必须返回一个字符串

06. 伪私有属性和私有方法（科普）

提示：在日常开发中，不要使用这种方式，访问对象的私有属性或私有方法

Python 中，并没有 真正意义 的私有

在给属性、方法命名时，实际是对名称做了一些特殊处理，使得外界无法访问到
处理方式：在名称前面加上 _类名 => _类名__名称

单例

01. 单例设计模式

设计模式
- 设计模式 是 前人工作的总结和提炼，通常，被人们广泛流传的设计模式都是针对 某一特定问题 的成熟的解决方案
- 使用 设计模式 是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性
单例设计模式
- 目的 —— 让类创建的对象，在系统中只有 唯一的一个实例
- 每一次执行 类名() 返回的对象，内存地址是相同的

单例设计模式的应用场景

音乐播放 对象
回收站 对象
打印机 对象

02. `new` 方法

使用 类名() 创建对象时，Python 的解释器首先会调用 __new__ 方法为对象 分配空间
__new__ 是一个由 object 基类提供的 内置的静态方法，主要作用有两个：
- 1. 在内存中为对象 分配空间
- 1. 返回对象的引用
Python 的解释器获得对象的引用后，将引用作为 第一个参数，传递给 __init__ 方法

重写 __new__ 方法的代码非常固定！

重写 __new__ 方法 一定要 return super().__new__(cls)
否则 Python 的解释器 得不到 分配了空间的 对象引用，就不会调用对象的初始化方法
注意：__new__ 是一个静态方法，在调用时需要 主动传递 cls 参数

022_对象分配空间和初始化-w838

示例代码

class MusicPlayer(object):

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # 如果不返回任何结果，
        return super().__new__(cls)

    def __init__(self):
        print("初始化音乐播放对象")

player = MusicPlayer()

print(player)

03. Python 中的单例

单例 —— 让类创建的对象，在系统中只有 唯一的一个实例
1. 定义一个 类属性，初始值是 None，用于记录 单例对象的引用
2. 重写 __new__ 方法
3. 如果 类属性 is None，调用父类方法分配空间，并在类属性中记录结果
4. 返回 类属性 中记录的 对象引用

023_单例流程.png

class MusicPlayer(object):

    # 定义类属性记录单例对象引用
    instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):

        # 1. 判断类属性是否已经被赋值
        if cls.instance is None:
            cls.instance = super().__new__(cls)

        # 2. 返回类属性的单例引用
        return cls.instance

只执行一次初始化工作

在每次使用 类名() 创建对象时，Python 的解释器都会自动调用两个方法：
- __new__ 分配空间
- __init__ 对象初始化
在上一小节对 __new__ 方法改造之后，每次都会得到 第一次被创建对象的引用
但是：初始化方法还会被再次调用

需求

让 初始化动作 只被 执行一次

解决办法

定义一个类属性 init_flag 标记是否 执行过初始化动作，初始值为 False
在 __init__ 方法中，判断 init_flag，如果为 False 就执行初始化动作
然后将 init_flag 设置为 True
这样，再次自动调用 __init__ 方法时，初始化动作就不会被再次执行 了

class MusicPlayer(object):

    # 记录第一个被创建对象的引用
    instance = None
    # 记录是否执行过初始化动作
    init_flag = False

    def __new__(cls, *args, **kwargs):

        # 1. 判断类属性是否是空对象
        if cls.instance is None:
            # 2. 调用父类的方法，为第一个对象分配空间
            cls.instance = super().__new__(cls)

        # 3. 返回类属性保存的对象引用
        return cls.instance

    def __init__(self):

        if not MusicPlayer.init_flag:
            print("初始化音乐播放器")

            MusicPlayer.init_flag = True


# 创建多个对象
player1 = MusicPlayer()
print(player1)

player2 = MusicPlayer()
print(player2)

多态

面向对象三大特性

封装根据职责将属性和方法封装到一个抽象的类中
- 定义类的准则
继承 实现代码的重用，相同的代码不需要重复的编写
- 设计类的技巧
- 子类针对自己特有的需求，编写特定的代码
多态不同的 子类对象 调用相同的 父类方法，产生不同的执行结果
- 多态可以 增加代码的灵活度
- 以继承和 重写父类方法 为前提
- 是调用方法的技巧，不会影响到类的内部设计

继承

面向对象三大特性

封装根据职责将属性和方法封装到一个抽象的类中
继承 实现代码的重用，相同的代码不需要重复的编写
多态不同的对象调用相同的方法，产生不同的执行结果，增加代码的灵活度

01. 单继承

1.1 继承的概念、语法和特点

继承的概念：子类拥有父类的所有方法和属性

011_继承对比图示

1) 继承的语法

1
2
3

class 类名(父类名):

    pass

子类继承自父类，可以直接享受父类中已经封装好的方法，不需要再次开发
子类中应该根据职责，封装 子类特有的 属性和方法

2) 专业术语

Dog 类是 Animal 类的子类，Animal 类是 Dog 类的父类，Dog 类从 Animal 类继承
Dog 类是 Animal 类的派生类，Animal 类是 Dog 类的基类，Dog 类从 Animal 类派生

3) 继承的传递性

C 类从 B 类继承，B 类又从 A 类继承
那么 C 类就具有 B 类和 A 类的所有属性和方法

子类拥有父类以及 父类的父类 中封装的所有属性和方法

当父类的方法实现不能满足子类需求时，可以对方法进行 重写(override)

重写父类方法有两种情况：

覆盖父类的方法
对父类方法进行扩展

1) 覆盖父类的方法

如果在开发中，父类的方法实现 和 子类的方法实现，完全不同
就可以使用覆盖的方式，在子类中 重新编写 父类的方法实现

具体的实现方式，就相当于在 子类中 定义了一个 和父类同名的方法并且实现

重写之后，在运行时，只会调用 子类中重写的方法，而不再会调用 父类封装的方法

2) 对父类方法进行扩展

如果在开发中，子类的方法实现 中包含 父类的方法实现
- 父类原本封装的方法实现 是 子类方法的一部分
就可以使用扩展的方式
1. 在子类中 重写父类的方法
2. 在需要的位置使用 super().父类方法 来调用父类方法的执行
3. 代码其他的位置针对子类的需求，编写 子类特有的代码实现

关于 `super`

在 Python 中 super 是一个 特殊的类
super() 就是使用 super 类创建出来的对象
最常使用的场景就是在 重写父类方法时，调用 在父类中封装的方法实现

调用父类方法的另外一种方式（知道）

在 Python 2.x 时，如果需要调用父类的方法，还可以使用以下方式：

1	父类名.方法(self)

这种方式，目前在 Python 3.x 还支持这种方式
这种方法 不推荐使用，因为一旦 父类发生变化，方法调用位置的类名同样需要修改

提示

在开发时，父类名 和 super() 两种方式不要混用
如果使用 当前子类名 调用方法，会形成递归调用，出现死循环

1.3 父类的私有属性和私有方法

子类对象 不能在自己的方法内部，直接访问父类的 私有属性 或 私有方法
子类对象 可以通过父类的 公有方法 间接访问到 私有属性 或 私有方法

私有属性、方法 是对象的隐私，不对外公开，外界以及子类都不能直接访问

私有属性、方法 通常用于做一些内部的事情

示例

013_父类的私有属性和私有方法-w220

B 的对象不能直接访问 __num2 属性
B 的对象不能在 demo 方法内访问 __num2 属性
B 的对象可以在 demo 方法内，调用父类的 test 方法
父类的 test 方法内部，能够访问 __num2 属性和 __test 方法

02. 多继承

概念

子类可以拥有 多个父类，并且具有 所有父类 的属性和方法
例如：孩子会继承自己父亲和母亲的特性

014_多继承-w384

语法

1 2	class 子类名(父类名1, 父类名2...) pass

2.1 多继承的使用注意事项

问题的提出

如果 不同的父类 中存在 同名的方法，子类对象 在调用方法时，会调用 哪一个父类中的方法呢？

提示：开发时，应该尽量避免这种容易产生混淆的情况！ —— 如果 父类之间 存在 同名的属性或者方法，应该 尽量避免 使用多继承

015_多继承II.png

Python 中的 MRO —— 方法搜索顺序（知道）

Python 中针对类提供了一个 内置属性 __mro__ 可以查看方法搜索顺序
MRO 是 method resolution order，主要用于 在多继承时判断方法、属性的调用路径

1	print(C.__mro__)

输出结果

1	(<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class 'object'>)

在搜索方法时，是按照 __mro__ 的输出结果 从左至右 的顺序查找的
如果在当前类中 找到方法，就直接执行，不再搜索
如果 没有找到，就查找下一个类 中是否有对应的方法，如果找到，就直接执行，不再搜索
如果找到最后一个类，还没有找到方法，程序报错

2.2 新式类与旧式（经典）类

object 是 Python 为所有对象提供的基类，提供有一些内置的属性和方法，可以使用 dir 函数查看

新式类：以 object 为基类的类，推荐使用
经典类：不以 object 为基类的类，不推荐使用
在 Python 3.x 中定义类时，如果没有指定父类，会 默认使用 object 作为该类的基类 —— Python 3.x 中定义的类都是 新式类
在 Python 2.x 中定义类时，如果没有指定父类，则不会以 object 作为基类

新式类 和 经典类 在多继承时 —— 会影响到方法的搜索顺序

为了保证编写的代码能够同时在 Python 2.x 和 Python 3.x 运行！
今后在定义类时，如果没有父类，建议统一继承自 object

1 2	class 类名(object): pass

类属性和类方法

01. 类的结构

1.1 术语 —— 实例

使用面相对象开发，第 1 步 是设计类
使用 类名() 创建对象，创建对象 的动作有两步：
- 1. 在内存中为对象 分配空间
- 1. 调用初始化方法 __init__ 为 对象初始化
对象创建后，内存中就有了一个对象的 实实在在 的存在 —— 实例

017_类的结构示意图I-w473

因此，通常也会把：

创建出来的对象叫做类的实例
创建对象的动作叫做 实例化
对象的属性 叫做 实例属性
对象调用的方法 叫做 实例方法

在程序执行时：

对象各自拥有自己的 实例属性
调用对象方法，可以通过 self.
- 访问自己的属性
- 调用自己的方法

结论

每一个对象 都有自己 独立的内存空间，保存各自不同的属性
多个对象的方法，在内存中只有一份，在调用方法时，需要把对象的引用 传递到方法内部

1.2 类是一个特殊的对象

Python 中 一切皆对象：

class AAA: 定义的类属于 类对象

obj1 = AAA() 属于 实例对象

在程序运行时，类同样 会被加载到内存
在 Python 中，类是一个特殊的对象 —— 类对象
在程序运行时，类对象 在内存中 只有一份，使用 一个类 可以创建出 很多个对象实例
除了封装实例的属性和方法外，类对象 还可以拥有自己的属性和方法
1. 类属性
2. 类方法
通过 类名. 的方式可以 访问类的属性 或者 调用类的方法

017_类的结构示意图II-w545

02. 类属性和实例属性

2.1 概念和使用

类属性 就是给 类对象 中定义的属性
通常用来记录 与这个类相关 的特征
类属性 不会用于记录 具体对象的特征

示例需求

定义一个 工具类
每件工具都有自己的 name
需求 —— 知道使用这个类，创建了多少个工具对象？

018_类属性案例I-w263

class Tool(object):

    # 使用赋值语句，定义类属性，记录创建工具对象的总数
    count = 0

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

        # 针对类属性做一个计数+1
        Tool.count += 1


# 创建工具对象
tool1 = Tool("斧头")
tool2 = Tool("榔头")
tool3 = Tool("铁锹")

# 知道使用 Tool 类到底创建了多少个对象?
print("现在创建了 %d 个工具" % Tool.count)

2.2 属性的获取机制（科普）

在 Python 中 属性的获取 存在一个 向上查找机制

019_通过对象访问类属性-w779

因此，要访问类属性有两种方式：
1. 类名.类属性
2. 对象.类属性 （不推荐）

注意

如果使用 对象.类属性 = 值 赋值语句，只会 给对象添加一个属性，而不会影响到 类属性的值

03. 类方法和静态方法

3.1 类方法

类属性 就是针对 类对象 定义的属性
- 使用 赋值语句 在 class 关键字下方可以定义 类属性
- 类属性 用于记录 与这个类相关 的特征
类方法 就是针对 类对象 定义的方法
- 在 类方法 内部可以直接访问 类属性 或者调用其他的 类方法

语法如下

1
2
3

@classmethod
def 类方法名(cls):
    pass

类方法需要用 修饰器 @classmethod 来标识，告诉解释器这是一个类方法
类方法的 第一个参数 应该是 cls
- 由 哪一个类 调用的方法，方法内的 cls 就是 哪一个类的引用
- 这个参数和 实例方法 的第一个参数是 self 类似
- 提示使用其他名称也可以，不过习惯使用 cls

通过 类名. 调用 类方法，调用方法时，不需要传递 cls 参数
在方法内部
- 可以通过 cls. 访问类的属性
- 也可以通过 cls. 调用其他的类方法

示例需求

定义一个 工具类
每件工具都有自己的 name
需求 —— 在类封装一个 show_tool_count 的类方法，输出使用当前这个类，创建的对象个数

018_类属性案例I.png

@classmethod
def show_tool_count(cls):
    """显示工具对象的总数"""
    print("工具对象的总数 %d" % cls.count)

在类方法内部，可以直接使用 cls 访问 类属性 或者 调用类方法

3.2 静态方法

在开发时，如果需要在类中封装一个方法，这个方法：
- 既 不需要 访问 实例属性 或者调用 实例方法
- 也 不需要 访问 类属性 或者调用 类方法
这个时候，可以把这个方法封装成一个 静态方法

语法如下

1
2
3

@staticmethod
def 静态方法名():
    pass

静态方法 需要用 修饰器 @staticmethod 来标识，告诉解释器这是一个静态方法
通过 类名. 调用 静态方法

class Dog(object):
    
    # 狗对象计数
    dog_count = 0
    
    @staticmethod
    def run():
        
        # 不需要访问实例属性也不需要访问类属性的方法
        print("狗在跑...")

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

3.3 方法综合案例

需求

设计一个 Game 类
属性：
- 定义一个 类属性 top_score 记录游戏的 历史最高分
- 定义一个 实例属性 player_name 记录 当前游戏的玩家姓名
方法：
- 静态方法 show_help 显示游戏帮助信息
- 类方法 show_top_score 显示历史最高分
- 实例方法 start_game 开始当前玩家的游戏
主程序步骤
- 1. 查看帮助信息
- 1. 查看历史最高分
- 1. 创建游戏对象，开始游戏

021_方法综合案例.png

案例小结

实例方法 —— 方法内部需要访问 实例属性
- 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性
类方法 —— 方法内部只需要访问 类属性
静态方法 —— 方法内部，不需要访问 实例属性 和 类属性

如果方法内部即需要访问 实例属性，又需要访问 类属性，应该定义成什么方法？

应该定义 实例方法
因为，类只有一个，在 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性

class Game(object):

    # 游戏最高分，类属性
    top_score = 0

    @staticmethod
    def show_help():
        print("帮助信息：让僵尸走进房间")
        
    @classmethod
    def show_top_score(cls):
        print("游戏最高分是 %d" % cls.top_score)

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

    def start_game(self):
        print("[%s] 开始游戏..." % self.player_name)
        
        # 使用类名.修改历史最高分
        Game.top_score = 999

# 1. 查看游戏帮助
Game.show_help()

# 2. 查看游戏最高分
Game.show_top_score()

# 3. 创建游戏对象，开始游戏
game = Game("小明")

game.start_game()

# 4. 游戏结束，查看游戏最高分
Game.show_top_score()

eval 函数

eval() 函数十分强大 —— 将字符串 当成 有效的表达式 来求值并 返回计算结果

# 基本的数学计算
In [1]: eval("1 + 1")
Out[1]: 2

# 字符串重复
In [2]: eval("'*' * 10")
Out[2]: '**********'

# 将字符串转换成列表
In [3]: type(eval("[1, 2, 3, 4, 5]"))
Out[3]: list

# 将字符串转换成字典
In [4]: type(eval("{'name': 'xiaoming', 'age': 18}"))
Out[4]: dict

案例 - 计算器

需求

提示用户输入一个 加减乘除混合运算
返回计算结果

input_str = input("请输入一个算术题：")

print(eval(input_str))

不要滥用 `eval`

在开发时千万不要使用 eval 直接转换 input 的结果

1	__import__('os').system('ls')

等价代码

1
2
3

import os

os.system("终端命令")

执行成功，返回 0
执行失败，返回错误信息

模块和包

01. 模块

1.1 模块的概念

模块是 Python 程序架构的一个核心概念

每一个以扩展名 py 结尾的 Python 源代码文件都是一个模块
模块名 同样也是一个 标识符，需要符合标识符的命名规则
在模块中定义的 全局变量 、函数、类都是提供给外界直接使用的工具
模块就好比是 工具包，要想使用这个工具包中的工具，就需要先导入这个模块

1.2 模块的两种导入方式

1）import 导入

1	import 模块名1, 模块名2

提示：在导入模块时，每个导入应该独占一行

1 2	import 模块名1 import 模块名2

导入之后
- 通过 模块名. 使用 模块提供的工具 —— 全局变量、函数、类

使用 `as` 指定模块的别名

如果模块的名字太长，可以使用 as 指定模块的名称，以方便在代码中的使用

1	import 模块名1 as 模块别名

注意：模块别名 应该符合 大驼峰命名法

2）from…import 导入

如果希望 从某一个模块 中，导入部分工具，就可以使用 from ... import 的方式
import 模块名 是 一次性 把模块中 所有工具全部导入，并且通过 模块名/别名 访问

1 2	# 从模块导入某一个工具 from 模块名1 import 工具名

导入之后
- 不需要 通过 模块名.
- 可以直接使用 模块提供的工具 —— 全局变量、函数、类

注意

如果 两个模块，存在 同名的函数，那么 后导入模块的函数，会 覆盖掉先导入的函数

开发时 import 代码应该统一写在 代码的顶部，更容易及时发现冲突
一旦发现冲突，可以使用 as 关键字 给其中一个工具起一个别名

from…import *（知道）

1 2	# 从模块导入所有工具 from 模块名1 import *

注意

这种方式不推荐使用，因为函数重名并没有任何的提示，出现问题不好排查

1.3 模块的搜索顺序[扩展]

Python 的解释器在 导入模块 时，会：

搜索 当前目录 指定模块名的文件，如果有就直接导入
如果没有，再搜索 系统目录

在开发时，给文件起名，不要和 系统的模块文件 重名

Python 中每一个模块都有一个内置属性 __file__ 可以 查看模块 的 完整路径

示例

import random

# 生成一个 0～10 的数字
rand = random.randint(0, 10)

print(rand)

注意：如果当前目录下，存在一个 random.py 的文件，程序就无法正常执行了！

这个时候，Python 的解释器会 加载当前目录 下的 random.py 而不会加载 系统的 random 模块

1.4 原则 —— 每一个文件都应该是可以被导入的

一个 独立的 Python 文件 就是一个模块
在导入文件时，文件中 所有没有任何缩进的代码 都会被执行一遍！

实际开发场景

在实际开发中，每一个模块都是独立开发的，大多都有专人负责
开发人员 通常会在 模块下方 增加一些测试代码
- 仅在模块内使用，而被导入到其他文件中不需要执行

`name` 属性

__name__ 属性可以做到，测试模块的代码 只在测试情况下被运行，而在 被导入时不会被执行！

__name__ 是 Python 的一个内置属性，记录着一个 字符串
如果 是被其他文件导入的，__name__ 就是 模块名
如果 是当前执行的程序 __name__ 是 __main__

在很多 Python 文件中都会看到以下格式的代码：

# 导入模块
# 定义全局变量
# 定义类
# 定义函数

# 在代码的最下方
def main():
    # ...
    pass

# 根据 __name__ 判断是否执行下方代码
if __name__ == "__main__":
    main()

02. 包（Package）

概念

包是一个 包含多个模块 的 特殊目录
目录下有一个 特殊的文件 __init__.py
包名的 命名方式 和变量名一致，小写字母 + _

好处

使用 import 包名 可以一次性导入包中 所有的模块

案例演练

新建一个 hm_message 的包
在目录下，新建两个文件 send_message 和 receive_message
在 send_message 文件中定义一个 send 函数
在 receive_message 文件中定义一个 receive 函数
在外部直接导入 hm_message 的包

`init.py`

要在外界使用包中的模块，需要在 __init__.py 中指定 对外界提供的模块列表

1
2
3

# 从 当前目录 导入 模块列表
from . import send_message
from . import receive_message

03. 发布模块（知道）

如果希望自己开发的模块，分享给其他人，可以按照以下步骤操作

3.1 制作发布压缩包步骤

1) 创建 setup.py

setup.py 的文件

from distutils.core import setup

setup(name="hm_message",  # 包名
      version="1.0",  # 版本
      description="itheima's 发送和接收消息模块",  # 描述信息
      long_description="完整的发送和接收消息模块",  # 完整描述信息
      author="itheima",  # 作者
      author_email="[email protected]",  # 作者邮箱
      url="www.itheima.com",  # 主页
      py_modules=["hm_message.send_message",
                  "hm_message.receive_message"])

有关字典参数的详细信息，可以参阅官方网站：

https://docs.python.org/2/distutils/apiref.html

2) 构建模块

1	$ python3 setup.py build

3) 生成发布压缩包

1	$ python3 setup.py sdist

注意：要制作哪个版本的模块，就使用哪个版本的解释器执行！

3.2 安装模块

1
2
3

$ tar -zxvf hm_message-1.0.tar.gz 

$ sudo python3 setup.py install

卸载模块

直接从安装目录下，把安装模块的目录删除就可以

1 2	$ cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/ $ sudo rm -r hm_message*

3.3 `pip` 安装第三方模块

第三方模块 通常是指由 知名的第三方团队 开发的 并且被 程序员广泛使用 的 Python 包 / 模块
- 例如 pygame 就是一套非常成熟的 游戏开发模块
pip 是一个现代的，通用的 Python 包管理工具
提供了对 Python 包的查找、下载、安装、卸载等功能

安装和卸载命令如下：

# 将模块安装到 Python 2.x 环境
$ sudo pip install pygame
$ sudo pip uninstall pygame

# 将模块安装到 Python 3.x 环境
$ sudo pip3 install pygame
$ sudo pip3 uninstall pygame

在 `Mac` 下安装 `iPython`

1	$ sudo pip install ipython

在 `Linux` 下安装 `iPython`

1 2	$ sudo apt install ipython $ sudo apt install ipython3

文件

01. 文件的概念

1.1 文件的概念和作用

计算机的文件，就是存储在某种 长期储存设备 上的一段数据
长期存储设备包括：硬盘、U 盘、移动硬盘、光盘…

文件的作用

将数据长期保存下来，在需要的时候使用

1.2 文件的存储方式

在计算机中，文件是以 二进制 的方式保存在磁盘上的

文本文件和二进制文件

文本文件
- 可以使用 文本编辑软件 查看
- 本质上还是二进制文件
- 例如：python 的源程序
二进制文件
- 保存的内容不是给人直接阅读的，而是 提供给其他软件使用的
- 例如：图片文件、音频文件、视频文件等等
- 二进制文件不能使用 文本编辑软件 查看

02. 文件的基本操作

2.1 操作文件的套路

在 计算机 中要操作文件的套路非常固定，一共包含三个步骤：

打开文件
读、写文件
- 读将文件内容读入内存
- 写将内存内容写入文件
关闭文件

2.2 操作文件的函数/方法

在 Python 中要操作文件需要记住 1 个函数和 3 个方法

序号	函数/方法	说明
01	open	打开文件，并且返回文件操作对象
02	read	将文件内容读取到内存
03	write	将指定内容写入文件
04	close	关闭文件

open 函数负责打开文件，并且返回文件对象
read/write/close 三个方法都需要通过 文件对象 来调用

2.3 read 方法 —— 读取文件

open 函数的第一个参数是要打开的文件名（文件名区分大小写）
- 如果文件存在，返回 文件操作对象
- 如果文件 不存在，会 抛出异常
read 方法可以一次性读入并返回文件的 所有内容
close 方法负责 关闭文件
- 如果 忘记关闭文件，会造成系统资源消耗，而且会影响到后续对文件的访问
注意：read 方法执行后，会把 文件指针 移动到 文件的末尾

# 1. 打开 - 文件名需要注意大小写
file = open("README")

# 2. 读取
text = file.read()
print(text)

# 3. 关闭
file.close()

提示

在开发中，通常会先编写打开和关闭的代码，再编写中间针对文件的 读/写 操作！

文件指针（知道）

文件指针 标记 从哪个位置开始读取数据
第一次打开 文件时，通常 文件指针会指向文件的开始位置
当执行了 read 方法后，文件指针 会移动到 读取内容的末尾
- 默认情况下会移动到 文件末尾

如果执行了一次 read 方法，读取了所有内容，那么再次调用 read 方法，并不能获得到内容。因为第一次读取之后，文件指针移动到了文件末尾，再次调用不会读取到任何的内容

2.4 打开文件的方式

open 函数默认以 只读方式 打开文件，并且返回文件对象

语法如下：

1	f = open("文件名", "访问方式")

访问方式	说明
r	以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头，这是默认模式。如果文件不存在，抛出异常
w	以只写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件
a	以追加方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入
r+	以读写方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在，抛出异常
w+	以读写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件
a+	以读写方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入

提示

频繁的移动文件指针，会影响文件的读写效率，开发中更多的时候会以只读、只写的方式来操作文件

写入文件示例

# 打开文件
f = open("README", "w")

f.write("hello python！\n")
f.write("今天天气真好")

# 关闭文件
f.close()

2.5 按行读取文件内容

read 方法默认会把文件的 所有内容 一次性读取到内存
如果文件太大，对内存的占用会非常严重

`readline` 方法

readline 方法可以一次读取一行内容
方法执行后，会把 文件指针 移动到下一行，准备再次读取

读取大文件的正确姿势

# 打开文件
file = open("README")

while True:
    # 读取一行内容
    text = file.readline()

    # 判断是否读到内容
    if not text:
        break

    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\n`
    print(text, end="")

# 关闭文件
file.close()

2.6 文件读写案例 —— 复制文件

目标

用代码的方式，来实现文件复制过程

小文件复制

打开一个已有文件，读取完整内容，并写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
text = file_read.read()
file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

大文件复制

打开一个已有文件，逐行读取内容，并顺序写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
while True:
    # 每次读取一行
    text = file_read.readline()

    # 判断是否读取到内容
    if not text:
        break

    file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

03. 文件/目录的常用管理操作

在终端 / 文件浏览器、中可以执行常规的文件 / 目录管理操作，例如：
- 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容、……
在 Python 中，如果希望通过程序实现上述功能，需要导入 os 模块

文件操作

序号	方法名	说明	示例
01	rename	重命名文件	`os.rename(源文件名, 目标文件名)`
02	remove	删除文件	`os.remove(文件名)`

目录操作

序号	方法名	说明	示例
01	listdir	目录列表	`os.listdir(目录名)`
02	mkdir	创建目录	`os.mkdir(目录名)`
03	rmdir	删除目录	`os.rmdir(目录名)`
04	getcwd	获取当前目录	`os.getcwd()`
05	chdir	修改工作目录	`os.chdir(目标目录)`
06	path.isdir	判断是否是文件	`os.path.isdir(文件路径)`

提示：文件或者目录操作都支持 相对路径 和 绝对路径

04. 文本文件的编码格式（科普）

文本文件存储的内容是基于 字符编码 的文件，常见的编码有 ASCII 编码，UNICODE 编码等

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式
Python 3.x 默认使用 UTF-8 编码格式

4.1 ASCII 编码和 UNICODE 编码

`ASCII` 编码

计算机中只有 256 个 ASCII 字符
一个 ASCII 在内存中占用 1 个字节 的空间
- 8 个 0/1 的排列组合方式一共有 256 种，也就是 2 ** 8

001_ASCII编码表1.jpg

`UTF-8` 编码格式

计算机中使用 1~6 个字节 来表示一个 UTF-8 字符，涵盖了 地球上几乎所有地区的文字
大多数汉字会使用 3 个字节 表示
UTF-8 是 UNICODE 编码的一种编码格式

4.2 Ptyhon 2.x 中如何使用中文