Python零基础入门（九）——函数，类和对象

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导语

欢迎来到 Python 零基础入门系列的第九篇！前面的文章中，已经介绍了 Python 的基本语法、控制流程和数据类型等内容。这一篇博客将继续探索 Python 编程的核心概念——函数，类和对象。

函数

Python 编程中，函数的应用非常广泛。在前面我们已经多次接触过函数。如，用于输出的 print() 函数、用于输入的 input() 函数，以及用于生成一系列整数的 range() 函数。这些都是 Python 内置的标准函数，可以直接使用。除了可以直接使用的标准函数外，Python 还支持自定义函数。即通过将一段有规律的、 重复的代码定义为函数，来达到一次编写多次调用的目的。使用函数可以提高代码的重复利用率。

函数的创建与调用

在 Python 中，def 关键字用来定义函数。语法如下：

def fuctionname(parameter1, parameter2, ...):
    ['''comment''']
    [fuctionbody]

‘comments’：可选参数，表示为函数指定注释，注释的内容通常是说明该函数的功能、要传递的参数的作用等。如果指定了 comments 参数，那么在调用函数时，输入函数名称及左侧的小括号时，就会显示该函数的帮助信息。这些帮助信息就是通过定义的注释提供的。

函数的定义由函数名、参数列表和函数体组成。函数名应该是一个描述性的名字，体现函数的作用。参数列表也可以不指定参数，不指定则表示该函数没有参数。在调用时，也不指定参数。

如果想定义一个什么也不做的空函数，可以使用 pass 语句作为占位符。在 Python3.x 版本中，允许在可以使用表达式的任何地方使用 ... （3 个连续的点号）来省略代码，由于省略号自身什么都不做，因此，可以当作是 pass 语句的一种替代方案。

调用函数也就是执行函数。调用函数时，使用函数名后加上括号来调用。在括号内，传递函数需要的参数。参数的数量和类型应该与函数定义中的参数列表一致。

参数传递

位置参数与关键字参数

函数可以接受参数，参数是函数的输入。Python 中有两种类型的参数：位置参数和关键字参数。位置参数是必须按照参数在函数定义中的顺序传递的；而关键字参数则是通过指定参数名来传递的，需要将参数名写对。

def greet(name, greeting):
    return f"{greeting}, {name}!"

# 位置参数传递
print(greet("Alice", "Hello"))  # 输出：Hello, Alice!

# 关键字参数传递
print(greet(greeting="Hi", name="Bob"))  # 输出：Hi, Bob!

为参数设置默认值

调用函数时，如果没有指定某个参数将抛出异常，而为函数参数设置默认值允许我们在调用函数时不传递该参数，直接使用参数的默认值。这在某些情况下非常有用，特别是当函数有一些常用的选项时，可以避免频繁传递相同的值。

def greet(name, greeting="Hello"):
    print(f"{greeting}, {name}!")

# 不传递greeting参数时，将使用默认值"Hello"
greet("Alice")  # 输出：Hello, Alice!

# 传递greeting参数时，将使用传递的值
greet("Bob", "Hi")  # 输出：Hi, Bob!

上面的例子为 greeting 参数设置了默认值 “Hello”。当调用 greet 函数时，如果不传递 greeting 参数，它将使用默认值，否则将使用传递的值。

• 注意：在定义函数时，指定默认的参数必须在所有参数的最后，否则将产生语法错误。
• 在 Python 中，可以使用 函数名.__defaults__ 查看函数的默认值参数的当前值，其结果是一个元组。

可变参数

在 Python 中，还可以定义可变参数。可变参数也称为不定长参数，即传入函数中的实际参数可以是 0 个、一个、两个到任意个。

定义可变参数时，主要有两种形式：一种是 *args，另一种是 **kwargs。下面分别进行介绍。

• *args

  这种形式表示接收任意多个位置参数并将其放到一个元组中。示例代码如下：

  def printplayer(*name):		#定义输出我喜欢的NBA球员的函数
      print('\n我喜欢的NBA球员有: ')
      for item in name:
          print(item)		#输出球员名称
          
  printplayer('邓肯')
  printplayer('乔丹','科比','詹姆斯','库里')
  '''
  输出：
  我喜欢的NBA球员有: 
  邓肯
  
  我喜欢的NBA球员有: 
  乔丹
  科比
  詹姆斯
  库里
  '''
  

  如果想要使用一个已经存在的列表作为函数的可变参数，可以在列表的名称前加 *。

• **kwargs

  这种形式表示接收任意多个关键字参数，并将其放到一个字典中。示例代码如下：

  def printsign(**sign):      # 定义输出姓名和绰号的函数
      for key, value in sign.items():     # 遍历字典
          print("[" + key + "]的绰号是:" + value)    # 输出组合后的信息
  
  printsign(邓肯='石佛')
  printsign(吉诺比利='妖刀',帕克='跑车',邓肯='石佛')
  '''
  输出：
  [邓肯]的绰号是:石佛
  [吉诺比利]的绰号是:妖刀
  [帕克]的绰号是:跑车
  [邓肯]的绰号是:石佛
  '''
  

  如果想要使用一个已经存在的字典作为函数的可变参数，可以在字典的名称前加 **。

返回值

函数可以通过 return 语句返回一个值。如果没有指定 return 语句，函数将默认返回 None。示例如下：

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)
print(result)  # 输出：8

注意：无论 return 语句出现在函数的什么位置，只要得到执行，就会直接结束函数的执行。

变量的作用域

在函数中定义的变量拥有自己的作用域。这意味着，函数内部的变量只能在函数内部访问，称为局部变量；而函数外部的变量则能在函数内部直接访问，称为全局变量。

def my_function():
    x = 10
    print(x)

my_function()  # 输出：10

# 在函数外部访问函数内部的变量将引发错误
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

当局部变量与全局变量重名时，对函数体的变量进行赋值后，不影响函数体外的变量。但是在实际开发时，不建议这么做。

在函数体内定义，并且使用 global 关键字修饰后的变量也可以变为全局变量。在函数体外也可以访问到该变量，并且在函数体内还可以对其进行修改。

匿名函数

Python 支持使用 lambda 关键字创建匿名函数，也称为 lambda 函数。lambda 表达式的首要用途是指定短小的回调函数，它们是一行代码的函数。如下所示：

multiply = lambda x, y: x * y
result = multiply(3, 4)
print(result)  # 输出：12

使用 lambda 表达式时，参数可以有多个，用逗号 “,” 分隔，但是表达式只能有一个，即只能返回一个值。而且也不能出现其他非表达式语句（如 for 或 while）。

常见Python内置函数

除了 print()用于打印输出、range()用于生成一系列数字等，Python 还提供了许多内置函数，包括如下：

内置函数	功能	内置函数	功能
abs()	返回一个数的绝对值	len()	返回一个对象的长度（元素个数）
max()	返回一组数或可迭代对象中的最大值	min()	返回一组数或可迭代对象中的最小值
sum()	返回一组数或可迭代对象中所有元素的和	round()	对一个数进行四舍五入
str()	将一个对象转换为字符串	int()	将一个对象转换为整数
float()	将一个对象转换为浮点数	list()	将一个可迭代对象转换为列表
tuple()	将一个可迭代对象转换为元组	set()	将一个可迭代对象转换为集合
dict()	创建一个字典	sorted()	对一个可迭代对象进行排序
format()	格式化输出文本	zip()	将多个可迭代对象打包为元组的列表
enumerate()	枚举一个可迭代对象的元素及其索引	map()	对一个可迭代对象的每个元素应用一个函数
filter()	根据指定条件过滤一个可迭代对象的元素	any()	判断一个可迭代对象中是否至少有一个元素为True
all()	判断一个可迭代对象中的所有元素是否都为True	callable()	判断一个对象是否可调用（函数或方法）
type()	返回一个对象的类型	dir()	返回一个对象的所有属性和方法
getattr()	获取一个对象的属性值	setattr()	设置一个对象的属性值
hasattr()	判断一个对象是否有指定的属性	delattr()	删除一个对象的属性
open()	打开文件并返回文件对象	input()	从用户输入读取一行文本

类与对象

面向对象概述

面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种重要的编程范式，它将数据和操作数据的方法封装在一起，形成对象。OOP 的核心思想是将现实世界的事物抽象成一个个对象，并通过定义类来描述这些对象的特征和行为。类是对象的蓝图，而对象是类的实例。在 Python 中，一切皆为对象。

OPP 有三大基本特征，分别是封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）。

• 封装（Encapsulation）：

  • 封装是指将数据和操作（方法）组合在一起形成一个独立的单元，对外部隐藏内部实现细节。通过封装可以保护数据的安全性，只能通过预定义的接口（方法）访问和修改数据。
  • 封装可以使代码更加模块化和可维护，减少了对外部的依赖性，提高了代码的可重用性和安全性。

• 继承（Inheritance）：

  • 继承是指一个类（子类）可以继承另一个类的属性和方法，从而避免了重复编写相同的代码。被继承的类称为父类或基类，继承的类称为子类或派生类。

  • 通过继承，子类可以拥有父类的属性和方法，并且可以在此基础上进行扩展或修改。

• 多态（Polymorphism）：

  • 多态是指同一种操作或方法可以应用于不同类型的对象，而产生不同的行为。通过多态，可以以统一的方式对不同的对象进行操作，无需关心对象具体的类型。
  • 多态性使得程序更加灵活和可扩展，可以通过定义抽象类、接口或基类来实现统一的方法签名，然后由不同的子类实现自己的具体行为。这样可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。

这三大特性是面向对象编程的基础，共同支持着代码的重用、封装和抽象，使得我们能够以更高效和结构化的方式进行软件开发。

类的定义与使用

定义一个类需要使用 class 关键字，类中可以包含属性（也称为成员变量）和方法（也称为成员函数）。class 语句本身并不创建该类的任何实例。所以在类定义完成以后，可以创建类的实例，即实例化该类的对象。通过创建类的实例，可以使用该类中定义的属性和方法。

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name} and I am {self.age} years old.")

# 创建类的实例
person1 = Person("Alice", 25)
person2 = Person("Bob", 30)

# 调用实例方法
person1.say_hello()  # 输出：Hello, my name is Alice and I am 25 years old.
person2.say_hello()  # 输出：Hello, my name is Bob and I am 30 years old.

__init__() 方法

在创建类后，类通常会自动创建一个__init__() 方法。该方法是一一个特殊的方法，每当创建-一个类的新实例时，Python 都会自动执行它。__init__() 方法必须包含一个 self 参数，并且必须是第一个参数。self 参数是一个指向实例本身的引用，用于访问类中的属性和方法。在方法调用时会自动传递实际参数 self。因此，当 __init__() 方法只有一个参数时，在创建类的实例时，就不需要指定实际参数了。

class Geese:
    ''' 大雁类 '''
    def __init__(self):     # 构造方法
        print("我是大雁类!")
wildGoose = Geese()         # 创建大雁类的实例
'''
输出：
我是大雁类! 
'''

访问限制

在类的内部可以定义属性和方法，而在类的外部则可以直接调用属性或方法来操作数据，从而隐藏了类内部的复杂逻辑。但是 Python 并没有对属性和方法的访问权限进行限制。为了保证类内部的某些属性或方法不被外部所访问，可以在属性或方法名前面添加单下划线（_foo）、双下划线（__ foo）或首尾加双下划线（__foo__）， 从而限制访问权限。其中，单下划线、双下划线、首尾双下划线的作用如下：

• __ foo__：首尾双下划线表示定义特殊方法，一般是系统定义名字，如 __init__()。
• _foo： 以单下划线开头的表示 protected（保护）类型的成员，只允许类本身和子类进行访问，但不能使用 from module import *语句导入。
• __foo：双下划线表示 private（私有）类型的成员，只允许定义该方法的类本身进行访问，而且也不能通过类的实例进行访问，但是可以通过 类的实例名.类名_xxx 方式访问。

属性

这里介绍的属性与上面介绍的类属性和实例属性不同。上面介绍的属性将返回所存储的值。而这里要介绍的属性则是一种特殊的属性，访问它时将计算它的值。另外，该属性还可以为属性添加安全保护机制。下面分别进行介绍。

创建用于计算的属性

在 Python 中，可以通过 @property（装饰器）将一个方法转换为属性，从而实现用于计算的属性。将方法转换为属性后，可以直接通过方法名来访问方法，而不需要再添加一对小括号 “()"，这样可以让代码更加简洁。

通过 @property 创建用于计算的属性的示例如下：

class Rect:
    def __init__(self,width,height):
        self.width = width		#矩形的宽
        self.height = height	#矩形的高
    @property		            #将方法转换为属性
    def area(self):		        #计算矩形的面积的方法
        return self.width*self.height		#返回矩形的面积
rect = Rect(800,600)		                #创建类的实例
print("面积为: ",rect.area)		        #输出属性的值
'''
输出：
面积为:  480000
'''

注意：通过 @property 转换后的属性不能重新赋值。如果对其重新赋值，将抛出 AttributeError 异常。

为属性添加安全保护机制

在 Python 中，默认情况下，创建的类属性或者实例，是可以在类体外进行修改的，如果想要限制其不能在类体外修改，可以将其设置为私有的，但设置为私有后，在类体外也不能获取它的值。如果想要创建一个 可以读取，但不能修改的属性，那么可以使用 @property 实现只读属性。

class TVshow:               #定义电视节目类
    def __init__(self,show):
        self.__show = show
    @property               #将方法转换为属性
    def show(self):         #定义show()方法
        return self.__show  #返回私有属性的值
tvshow = TVshow("正在播放《封神》")     #创建类的实例
print("默认:",tvshow.show)            #获取属性值
'''
输出：
默认: 正在播放《封神》
'''

通过上面的方法创建的 show 属性是只读的。

继承

在编写类时，并不是每次都要从空白开始。当要编写的类和另一个已经存在的类之间存在一定的继承关系时，就可以通过继承来达到代码重用的目的，提高开发效率。被继承的类称为父类或基类，继承的类称为子类或派生类。子类可以重写父类的方法或添加新的方法。以下是一个示例：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def sound(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def sound(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def sound(self):
        return "Meow!"

d = Dog("Buddy")
print(d.sound())  # 输出：Woof!

c = Cat("Kitty")
print(c.sound())  # 输出：Meow!

在上述代码中，定义了一个名为 Animal 的父类，它具有一个属性 name 和一个未实现的方法 sound()。然后，定义了两个子类 Dog 和 Cat，它们继承了父类 Animal 并实现了自己的 sound() 方法。通过创建子类的实例，可以调用其方法并输出相应的结果。

注意：在派生类中定义 __init__() 方法后，不会再自动调用基类的 __init__() 方法。

结语

以上是关于函数、类和对象的知识介绍。希望本篇教程能够帮助你更好地理解和应用 Python 编程语言的相关概念和技巧。