2.2 创建Python的类

我们不需要写太多的代码就会发现Python是一门非常“简单”的语言。当我们想要做什么的时候，直接做就可以，不需要进行很多的设置。你可能已经看到，著名的“ hello world ”例子在Python中只需要一行代码即可完成。

类似地，Python 3最简单的类就像这样：

这就是我们的第一个面向对象程序！类定义以class关键字开始，接着是类名（由我们自己确定），最后以冒号结尾。

类的定义行后面是类的内容块。与其他的Python代码结构一样，类也使用缩进，而非其他语言中常用的大括号关键字或方括号来分隔。除非你有足够充分的理由（比如配合其他人的代码用制表符作为缩进），否则尽量用4个空格作为缩进。任何好用的代码编辑器都支持将输入的Ta b键替换为4个空格。

由于我们的第一个类实际上并不添加任何数据和行为，因此我们简单地在第2行用pass关键字作为占位符来表示下面没有进一步的动作了。

我们可能觉得这个最基本的类什么都不能做，但是它允许我们创建这个类的实例对象。我们可以将这个类加载到Python 3解释器中，这样就能在交互式解释器中使用它。为了做到这一点，将上面这个类定义的代码保存到名为first_class.py的文件中，执行命令python-i first_class.py。-i参数告诉Python启动交互式解释器并运行那个文件中的代码。下面这个解释器的会话可以说明这个类的一些基本交互操作：

这段代码从这个新类中实例化了两个对象，将对象变量分别命名为a和b。创建类实例很简单，只需要输入类的名字和一对括号。看起来就像一个普通的函数调用，但是Python知道我们 调用 的是类而不是函数，因此它知道它的任务是创建一个新对象。打印这两个变量，会输出对象的类名及其在内存中的地址。内存地址在Python代码中不常用到，但是在这里，可以证明这是两个不同的对象（因为地址不同）。

使用is运算符，我们可以看到它们是不同的对象：

当我们创建了很多对象并为对象分配了不同的变量名时，这有助于减少混淆。

2.2.1 添加属性

现在我们有了一个基本的类，但它没什么实际用处。它没有包含任何数据，也不能做任何事。我们如何给指定的对象添加属性？

实际上，不需要改动类定义，我们可以通过点标记法为实例对象设定任意属性。下面是一个示例：

如果我们执行这段代码，最后的两个print语句将告诉我们两个对象新属性的值：

这段代码先创建了一个空的Point类，没有任何数据和行为。然后创建了这个类的两个实例，并分别赋予它们在二维坐标系中定位一个点的 x 和 y 坐标值。为对象属性赋值的语法是<object>.<attribute>=<value>。这种方法被称为 点标记法 （ dot notation ）。这里的值可以是任何类型：Python基本类型、内置数据类型或其他的对象，甚至可以是一个函数或另一个类！

像这样创建属性会使 mypy 工具感到困惑。我们没办法直接在Point类定义上添加类型提示。类型提示通常被添加到方法或属性定义中。我们可以在赋值语句中使用类型提示，像这样：p1.x：float=5。在2.2.3节中会讲到一个更好的添加类型提示和属性的方法。不过，我们先在类定义中添加一些行为。

2.2.2 让它做点什么

让对象拥有属性已经很棒了，但是面向对象编程的重点在于不同对象之间的交互。我们感兴趣的是，触发某些行为可以使属性发生变化。现在是时候为我们的类添加一些行为了。

让我们模拟Point类的一些动作。我们可以从一个让它回到原点的reset() 方法 开始（其中原点是指x和y坐标值都是0的点）。这个动作很适合初学者学习，因为它不需要任何参数：

print语句的执行结果显示两个属性值都变成了0：

Python中的 方法 在格式上和 函数 完全相同。它以def关键字开始，紧接着的是空格和方法名，然后是一对括号括起来的参数列表（我们稍后马上会讨论self参数，有时其也被称为实例变量），最终以冒号结尾。下一行开始是方法内部的代码块。这些语句可以是任意的Python代码，可以操作对象自身属性和传递给方法的参数。

我们忽略了reset()方法的类型提示，因为这里不是很适合使用类型提示。我们会在2.2.3节看到使用类型提示最好的地方。下面我们先深入看一下实例变量，以及self关键字的工作原理。

和自己对话——self

类方法和普通函数的区别之一是，所有的类方法都有一个必要的参数。按照惯例，这个参数通常被命名为self；我从没见过哪个程序员使用其他名称（习惯是很有力量的）。当然，你可以用this，甚至Maishu等名称，但你最好遵循PEP 8中的编码规范，使用self。

简单来说，self参数就代表被调用的对象本身。这个对象是类的实例，有时候也被称为实例变量。

我们可以通过self访问对象的属性和方法。这也是为什么我们可以在reset()方法中通过self对象设置对象的x和y属性。

注意，当我们调用p.reset()方法时，我们不需要传递self参数给它。Python自动帮我们做了这件事。Python知道我们正在调用p对象的方法，所以它自动将p对象传递给Point类的这个方法。

方法实际上就是一个放在类中的函数。除了调用对象的方法，我们也可以直接通过类名调用函数，同时将对象名作为self参数传递给函数：

输出结果与上一个示例完全一样，因为内部发生的过程是完全一样的。这实在不是好的编程实践，但它能加深我们对self参数的理解。

如果我们忘了在定义方法时添加self参数，会发生什么？Python会抛出一个错误：

这个错误的消息看起来不是那么清楚（如果是“你这个傻瓜，你忘记了self参数”，则可能看起来更直接一些）。只要记住，如果看到一条错误消息说缺少参数，第一件事就应该检查你是否忘记了方法定义中的self参数。

更多参数

我们如何向方法传递多个参数呢？让我们添加一个新的方法，用来将Point对象移动到任意指定的位置，而不仅仅是原点。我们也可以接收另一个Point对象作为输入，并返回它们之间的距离：

我们定义的这个类有两个属性x和y，以及3个方法：move()、reset()及calculate_distance()。

move()方法接收两个参数x和y，并用它们的值设置self对象的坐标。既然reset操作就是把对象移动到特定的已知点，那么用reset()方法直接调用move()方法就可以了。

calculate_distance()方法用于计算两点之间的欧几里得距离（计算距离还有一些其他方法，我们会在第3章的案例学习中讨论其他方法）。我希望你可以理解其中的数学计算。数学公式 可以用math.hypot()来实现。在Python中，我们使用self.x，但数学家通常使用 x _s 。

下面是一个使用这个类定义的示例。它显示了如何调用一个有参数的方法：使用同样的点号标记法调用实例的方法，并把参数包在括号内。我们只是挑选了几个随机点来测试这些方法。测试代码调用了每个方法并把结果打印到控制台上：

assert（断言）语句是一个神奇的测试工具。如果assert后面的语句的执行结果为False（或者是零、空值、None），那么程序将会报错并退出。在这个示例中，我们用它来确保不管是哪个对象调用另一个对象的calculate_distance()方法，距离应该是相等的。我们会在第13章中更多地使用assert语句，那时我们会写更严格的测试代码。

2.2.3 初始化对象

如果我们不明确设定Point对象的位置（使用move()方法，或直接设置属性x和y的值），我们将会得到一个没有真实位置的Point对象。当我们尝试访问它时会发生什么？

让我们试试看，试试看是学习Python非常有用的途径。打开交互式解释器，大胆输入（使用交互式解释器是我们写作这本书的工具之一）。

看看如果我们尝试访问一个不存在的属性，会发生什么。如果你将前面的示例保存为文件或下载随书发布的代码，你可以用python-i filename.py命令把它们载入Python解释器：

好吧，至少这次抛出了一个有用的异常信息。我们将会在第4章中详细介绍关于异常的内容。你可能之前已经见过（尤其是无处不在的SyntaxError，它意味着你的语法出错）。现在来说，你只要知道这意味着什么东西出错了即可。

程序打印的输出对调试错误非常有用。在上面的示例中，交互式解释器告诉我们错误出现在第1行，这个行数并不是很有用，因为交互式解释器一次只执行一行代码。但如果我们执行的是一个Python脚本文件，它就能明确地告诉我们行数，让我们更容易找到出错的代码。除此之外，它也告诉我们错误是AttributeError，并且给出一条有用的消息告诉我们这个错误的含义。

我们可以捕获并修复这一错误，但是在这个示例中，看起来我们需要指定一个默认值。也许每个新对象都应该默认通过执行reset()被重置，或者在创建新对象时，要求用户告诉我们Point所在的位置。

有意思的是， mypy 无法确定x和y是否应该是Point对象的属性，因为Python的属性定义是动态的，类定义中并没有一个确定的属性列表。但是Python有一些常用的规范，可以帮助确定对象属性的集合。

大多数面向对象的编程语言都有 构造方法 （ constructor ）的概念，它是创建对象时进行创建和初始化的特定方法。Python有一点不一样，它同时拥有构造方法和初始化方法。除非你需要做一些异乎寻常的事，否则将很少用到构造方法__new__()。我们的讨论主要集中在初始化方法__init__()上。

Python初始化方法和其他方法一样，除了它有特定的名称__init__，开头和结尾的双下画线意味着，这是一个特殊方法（魔术方法），Python解释器会将其当作特例对待。

让我们给Point类添加初始化方法，它要求用户在实例化Point对象时必须提供x和y的坐标值：

现在创建一个Point实例的代码是这样的：

现在，我们的点永远不会没有x或y坐标值了！如果我们初始化对象时没有传入必要的参数，将会得到一个和前面在方法定义中忘记self参数类似的参数不足（not enough argument）错误。

在大多数情况下，我们将初始化语句放在__init__()函数中。在初始化方法中给所有属性做初始化是非常重要的。这样可以在一个明显的地方告诉 mypy 所有的属性。同时会让你的代码易于理解，他人不用通读所有代码来查找类定义之外创建的神秘属性。

虽然这是可选的，但给参数和返回值添加类型提示是很有帮助的。在上面的示例中，我们在每个参数名称之后都指定了参数类型。在方法定义的最后，我们使用->指定了方法返回值的类型。

2.2.4 类型提示和默认值

我们已经多次注意到：类型提示不是必需的。它们在程序运行的时候是不起任何作用的。但是，有些工具可以检查代码中的类型是否一致。 mypy 是一种广泛使用的类型检查工具。

如果我们不想让这两个参数作为必填参数，我们同样可以使用Python函数的默认值语法。使用等号可以给关键字参数设置默认值。如果调用者没有提供这些参数值，那么这些默认值将被使用。参数变量仍然可以在函数中使用，只不过它们的值是参数列表中的默认值。下面是一个示例：

这样写可能会让函数的每个参数定义都变长，从而可能会让一行代码变得很长。为了解决这个问题，在某些示例中，你会看到逻辑上是一行的代码但被写在了多行里。这样做没问题，因为Python会通过括号匹配来识别它们属于同一行代码。我们可以在一行变长时这样写：

这种写法并不是很常见，但是这种写法是有效的，可以让每行代码很短，因此易于理解。

类型提示和默认值很方便，但我们还可以做更多的事情在新的需求出现时让类易于理解和扩展。我们可以通过文档字符串的方式给类添加文档。

2.2.5 使用文档字符串

Python是一门非常易读的编程语言，有些人可能说Python的代码就是文档。但在面向对象编程中，编写能清晰总结每个对象和方法的API文档是非常重要的。代码可能会时常变动，保持文档的同步更新是很难的，所以最好的方式是直接把文档写进代码里。

Python通过 文档字符串 （ docstring ）来支持在代码中直接嵌入文档。我们可以在每个类、函数或方法的定义语句（冒号结尾那一行）之后的第1行添加标准Python字符串作为说明文档。这一行的缩进应该与后面的代码相同。

文档字符串就是用单引号（'）或双引号（"）包围的Python字符串。通常文档字符串都相当长而且跨越多行（风格指南建议每行的长度不应超过80个字符），因此可以用多行字符串的形式，用3个单引号（'''）或3个双引号（"""）包围。

文档字符串应该简明扼要地描述类或方法的目的，应该解释所有用途不够明显的参数，同时可以放一些简短的使用API的示例。对用户容易出错或误解API的一些地方最好也加以说明。

文档字符串最好的用法之一是在其中添加一些测试用例。像 doctest 这样的工具可以找到这些用例并测试它们能否正确执行。本书中所有的示例都通过了doctest的验证。

为了说明文档字符串的用途，本节以完整注释版的Point类作为结束：

试着输入或加载（使用python-i filename.py命令）这个文件到交互式解释器中。然后，在Python提示符处输入help（Point）并按下回车键。你将会看到这个类的完善的文档，如下所示：

我们的文档不仅看起来像内置函数一样专业，而且可以运行python-m doctest point_2.py来确认文档中的示例是否可以正确运行。

而且，我们可以运行 mypy 做类型检查。使用mypy--strict src/*.py可以检查src文件夹下的所有文件。如果没有问题， mypy 将不会产生任何输出。（记住， mypy 不是内置库，你需要自己安装它。查看本书前言可以获取需要安装的额外软件包的有关信息。） ZLeLDsyaiDQWgx1W7fGEtVTx4sUGdWOOd7ibKVMow51R/G0SSVtvTKuJURf/lR2o