Python 類別介紹，以及定義和使用類別

定義 Python 類別

在 Python 中，類別通常被定義在模組中，其語法的基本形式如下。

class <classname>:
    <docstring>
    <block>

classname 部分

classname為類別的名稱，他需要符合 Python 的識別碼規格，不能使用關鍵字或保留關鍵字。

docstring 部分

docstring是類別的文件字串，包含了對類別的說明，這並非強製性的要求，一個類別可以沒有文件字串。

block 部分

block為類別的主體程式碼，他和docstring都需要使用某種空白字元進行縮排，以表示其歸屬於類別。

Python 類別的特性

與模組類似，在類別中定義的變數（欄位），屬性，方法（函式）等內容，被稱為特性（Attribute）。特性可通過形式類似於c.name，c.name=value的運算式進行存取，其中c為類別或物件（類別的執行個體），name為特性（名稱，識別碼），value為特性的新值。

當然，類別的特性可以被稱呼為變數，方法，屬性，這並沒有什麽問題。

# 一個簡單的類別 Apple
class Apple:
	# 變數 variety
	variety = '普通蘋果'
	# 靜態方法 show
	@staticmethod
	def show():
		print(Apple.variety)


# 為特性 variety 指派
Apple.variety = '石頭蘋果'
# 呼叫 show 方法
Apple.show()

石頭蘋果

Python 的類別特性和執行個體特性

在 Python 中，類別的特性分為類別特性和執行個體特性，類別特性直接在類別中定義，或通過表示類別的參數（一般約定為cls）來定義，而執行個體特性則需要通過執行個體，或表示執行個體的參數（一般約定為self）來定義。

類別特性可通過類別或表示類別的參數（一般約定為cls），以及執行個體或表示執行個體的參數（一般約定為self）來存取，而執行個體特性則只能通過執行個體或表示執行個體的參數來存取。

# 一個簡單的類別 Apple
class Apple:
	# …
	# 建構子
	def __init__(self, w):
		# 通過表示執行個體的 self 定義了執行個體變數 weight
		self.weight = w
# …
# 為 Apple 類別新增一個類別變數，然後顯示 Apple 類別的所有特性
Apple.price = 10
print(Apple.__dict__)
# 為執行個體新增一個執行個體變數，然後顯示執行個體的所有特性
apple = Apple(100)
apple.price = 30
print(apple.__dict__)

{'__module__': '__main__', 'variety': '石頭蘋果', 'show': <staticmethod(<function Apple.show at …>)>, '__init__': <function Apple.__init__ at …>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Apple' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Apple' objects>, '__doc__': None, 'price': 10}
{'weight': 100, 'price': 30}

# …
# 建立 Apple 類別的執行個體
apple = Apple(30)
# 通過執行個體存取類別變數 variety
print(apple.variety)


# 下面的指派陳述式將為執行個體定義新的執行個體變數 variety
apple.variety = '超大蘋果'
# 因此，類別變數 variety 並沒有變化
print(Apple.variety)

石頭蘋果
石頭蘋果

定義 Python 類別的變數

類別的變數（欄位）分為類別變數和執行個體變數，他是類別的特性之一，你可以通過以下形式來定義類別變數或執行個體變數，其中，cls為表示類別的參數，self為表示執行個體的參數。

[cls|self.]<variablename>=<value>

variablename 部分

variablename為變數名稱，他需要符合 Python 的識別碼規格，不能使用關鍵字或保留關鍵字。

value 部分

value為變數對應的值。

# 一個表示學生的類別 Student
class Student:
	# 類別變數 count
	count = 0
	# 建構子
	def __init__(self, n, a):
		# 執行個體變數 name，age
		self.name = n
		self.age = a

定義 Python 類別的方法

類別的方法（函式）是類別的特性之一，他與模組中的函式有相似之處，可通過如下形式進行定義，其中，@classmethod表示定義類別方法，@staticmethod表示定義靜態方法。

[@classmethod|@staticmethod]
def <methname>(<parameterlist>)
    <block>

methname 部分

methname為方法名稱，他需要符合 Python 的識別碼規格，不能使用關鍵字或保留關鍵字。

parameterlist 部分

parameterlist是方法的參數串列，他定義了方法的所有參數，參數之間使用,進行分隔。

block 部分

block為方法的主體程式碼，需要使用某種空白字元進行縮排，以表示其歸屬於方法。

如果未指定修飾詞@classmethod或@staticmethod，則定義的方法被稱為執行個體方法，其第一個參數一般命名為self，表示執行個體本身，通過該參數可讀取寫入執行個體特性，或讀取類別特性。當通過執行個體呼叫執行個體方法時，需要省去self參數，當通過類別呼叫執行個體方法時，需要給出self參數。

如果指定了修飾詞@classmethod，則定義的方法為類別方法，其第一個參數一般命名為cls，表示類別本身，通過該參數可以存取類別特性，但不能存取執行個體特性。無論是通過執行個體還是類別，呼叫類別方法時都需要省去cls參數。

如果指定了修飾詞@staticmethod，則定義的方法為靜態方法，靜態方法不像執行個體方法或類別方法一樣擁有特殊參數，因此他不能通過特殊參數來存取執行個體特性或類別特性。

# 一個表示學生的類別 Student
class Student:
	# …
	# 執行個體方法 info
	def info(self):
		print(f'{self.name} {self.age}')


	# 類別方法 show
	@classmethod
	def show(cls):
		# 通過參數 cls 讀取類別變數 count
		print(f'一共 {cls.count} 個學生')
		
	# 靜態方法 set_count
	@staticmethod
	def set_count(c):
		# 只能通過類別存取類別變數
		Student.count = c
		print(f'學生數量被設定為 {Student.count}')


student = Student('小小', 13)
# 呼叫執行個體方法 info
student.info()
Student.info(student)
# 呼叫靜態方法 set_count
student.set_count(-100)
Student.set_count(100)
# 呼叫類別方法 show
student.show()
Student.show()

小小 13
小小 13
學生數量被設定為 -100
學生數量被設定為 100
一共 100 個學生
一共 100 個學生

定義 Python 類別的私用特性

無論是類別特性還是執行個體特性，如果識別碼以__開頭，則這些特性即為私用特性，只能在定義他們的類別中存取，不能在外部或衍生類別中存取。

# 一個表示教師的類別 Teacher
class Teacher:
	# 建構子
	def __init__(self, n, a):
		# 私用執行個體變數 __name，__age
		self.__name = n
		self.__age = a


teacher = Teacher('隱者', 30)
# 顯示 Teacher 執行個體的所有特性
print(teacher.__dict__)
# 使用特殊方式存取私用變數 __name
print(teacher._Teacher__name)

{'_Teacher__name': '隱者', '_Teacher__age': 30}
隱者

定義 Python 類別的建構子

類別的建構子是一個名為__init__的執行個體方法，與其他執行個體方法一樣，__init__方法的第一個參數一般命名為self，表示執行個體自身，其余參數可用於初始化執行個體變數或執行其他操作，就如同Student類別所作的那樣。

當然，在官方文件中，並沒有建構子這樣的說法，__init__的含義僅為初始化，他在執行個體建立後被呼叫。

建立 Python 類別的執行個體

要建立類別的執行個體，你需要使用類別名稱和()，()包含了一組參數，這些參數一般與__init__方法的參數一致（需要省去self）。比如，之前範例中使用Student('小小',13)建立了Student類別的執行個體。

# …
# 取得 Student 類別和之前建立的執行個體 student 的型別資訊
print(student.__class__)
print(Student.__class__)

<class '__main__.Student'>
<class 'type'>

Python 類別的命名空間

理所當然的，類別應該擁有自己的命名空間，以避免類別所擁有的特性的識別碼與其他識別碼沖突。

Python 類別的文件字串

與函式和模組類似，類別也具有儲存在__doc__中的文件字串，他是字串常值，是類別的第一行有效程式碼，可以采用緊密相鄰或加入空白字元的方式進行拼接，不包含需要運算的內容或操作。

# 一個奇怪的類別
class Hello:
	"""你好啊，"""'Python！'

Python 巢狀類別

巢狀類別是定義在另一個類別，函式或方法中的類別。由於有效範圍的一般性原則，被定義的巢狀類別的可存取性，等同於同一命名空間中定義的變數。

# 一個奇怪的類別
class Hello:
	# …
	# 一個奇怪的巢狀類別
	class World:
		pass

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