Python基础笔记4

模块

模块是一组Python代码的集合，一个.py文件就称之为一个模块（Module），按目录来组织模块称为包（Package）。优点：提高了代码的可维护性；避免函数名和变量名冲突。

mycompany  #包
├─ __init__.py  #必需，模块名即为包名
├─ abc.py  #abc模块
└─ xyz.py  #xyz模块

#多级层次的包结构
mycompany
 ├─ web  #mycompany.web模块
 │  ├─ __init__.py
 │  ├─ utils.py  #mycompany.web.utils
 │  └─ www.py
 ├─ __init__.py
 ├─ abc.py
 └─ utils.py  #mycompany.utils

创建模块时不能和Python自带的模块名称冲突（检查模块是否存在用import abc）,否则将无法导入系统自带的模块。

1.使用模块

Python模块的标准文件模板，编写一个hello.py模块：

#! /usr/bin/env python3   #让文件直接在Unix上运行
# _*_ coding: utf-8 _*_  #使用utf-8编码

'a test module'  #模块的文档注释

__author__='Jesse Peng'  #作者变量

import sys  #导入sys模块后，变量sys可以访问该模块所有功能

def test():
    args = sys.argv #argv变量用list存储了命令行的所有参数
    if len(args)==1: #第一个参数是.py文件的名称
        print('hello, world!')
    elif len(args)==2:
        print('hello, %s!' % args[1])
    else:
        print('too many arguments!')
        
if __name__=='__main__':  #这种if测试可以让一个模块通过命令行运行时执行一些额外的代码，最常见的就是运行测试。
    test()

命令行运行：

python3 hello.py
python3 hello.py Jesse

交互环境运行:

import hello
hello.test() #需要调用test函数

作用域
正常的函数和变量名是公开的（public），可被直接引用，如abc,x123,PI。
特殊变量__xxx__,如__author__，name。
非公开变量或函数（private），不应该被直接引用，如_abc，__abc。

def _private1(name): #私有函数
    return 'hello, %s' % name

def _private2(name):  #私有函数
    return 'Hi, %s' % name

def greeting(name):  #公有函数
    if len(name)>3:
        return _private1(name)
    else:
        return _private2(name)

上例中调用公有函数greeting()不用关心内部的私有函数细节，这是一种非常有用的代码封装和抽象的方法。
外部不需要引用的函数全部定义成private，只有外部需要引用的函数才定义为public。

2.安装第三方模块

包管理工具pip。Linux上若并存Python3和Python 2，Python3用pip3。

pip install Pillow

安装常用模块。
使用anaconda，已经内置了许多第三方库。
默认情况下，Python解释器会搜索当前目录、所有已安装的内置模块和第三方模块，搜索路径存放在sys.path变量中。

若要添加自己的搜索目录，一是通过sys.path添加：

import sys
sys.path.append('/your/pypath')

二是设置环境变量PYTHONPATH.

面向对象编程OOP

面向过程的程序设计把计算机程序视为一系列的命令集合，即一组函数的顺序执行。
面向对象的程序设计把计算机程序视为一组对象的集合，对象直接接收并处理消息，计算机执行对象间传递的消息。
所有数据类型都可为对象，也可自定义对象数据类型，也就是类（Class）的概念。
举例比较两者
面向过程：

std={'name':'Jesse','score':90}
def print_score(std):
    print('%s: %s' % (std['name'],std['score']))

面向对象：

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name #对象Student的name属性
        self.score = score #对象Student的score属性
        
    def print_score(self):  #让对象自己把自己的数据打印出来。
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))

对象的方法（Method）：调用对象对应的关联函数。

bart = Student('bart',59)
lisa = Student('lisa',87)
bart.print_score()
lisa.print_score()

面向对象的设计思想是抽象出Class，根据Class创建Instance。
类（Class）是一种抽象概念，如我们定义的Class——Student，指学生这个概念。一个Class既包含数据，又包含操作数据的方法。
实例（Instance）则是一个个具体的Student，如bart和lisa，各个实例拥有的数据都互相独立，互不影响。
数据封装、继承和多态是面向对象的三大特点。

1.类和实例

定义类：
类名通常首字母大写的单词，(object)表该类从哪个类继承下来的。如果没有合适的继承类，就使用object类，这是所有类最终都会继承的类。

class Student(object):
    pass

创建实例：
通过类名()实现

bart = Student()
bart  #instance
Student  #class

#自由给实例变量绑定属性
bart.name = 'bart'
bart.name

类可以起到模板的作用，创建实例时可通过定义一个特殊的__init__把必须绑定的属性强制加进去。

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score
        
#调用
bart = Student('bart',59) #不用再传入self，不能为空
bart.name
bart.score

__init__方法的第一个参数永远是self，表示创建的实例本身。仍然可以在类的方法中用默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数。

方法就是与实例绑定的函数，和普通函数不同，方法可以直接访问实例的数据。

数据封装
在上面的Student类中，每个实例就拥有各自的name和score数据，没有必要从外面的函数去访问，可以直接在Student类的内部定义访问数据的函数，这样就把“数据”给封装起来了。这些封装数据的函数是和Student类本身是关联起来的，我们称之为类的方法。

class Student(object):

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

    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.name, self.score))
        
#调用
bart.print_score()

封装使得调用很容易，且不用知道内部实现的细节。另一个好处是可以给类增加新的方法。

class Student(object):
    ...

    def get_grade(self):  #新增
        if self.score >= 90:
            return 'A'
        elif self.score >= 60:
            return 'B'
        else:
            return 'C'

#调用
lisa = Student('Lisa', 99)
print(lisa.name, lisa.get_grade())

2.访问限制

实例的变量名以__开头就是私有变量（private），只有内部可以访问，外部不能访问。确保了外部代码不能随意修改对象内部的状态，这样通过访问限制的保护，代码更加健壮。

class Student(object):
    def __init__(self, name, score):
        self.__name=name
        self.__score=score
    def print_score(self):
        print('%s: %s' % (self.__name, self.__score))
#调用
bart=Student('bart', 59)
bart.__name  #error

要想外部再获取name和score，可给类增加新的获取方法：

class Student(object):
    .......
    def get_name(self):
        return self.__name
    def get_score(self):
        return self.__score

给类再增加允许外部修改score的方法：

    def set_score(self, score):
        self.__score = score

为什么不直接进行bart.score=99修改，非要定义一个私有变量的方法？因为这样可以对参数做检查，避免无效的参数：

class Student(object):
    ......
    def set_score(self, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self.__score = score
        else:
            raise ValueError('bad score')

__xxx__在Python中是特殊变量，不同于私有变量，可直接访问。而_name（一个下划线）变量外部也可访问，但尽量将它视为私有变量，不要随意访问。
实例中私有变量外部也是可以强制使用的，但不要这么做：

bart._Student__name  #bart

比较一下：

bart.__name = 'new name'
bart.__name  #new name
#外部新设置了一个变量__name，而内部的__name并未改变

bart.get_name()  #bart

3.继承和多肽

父类、子类

#父类
class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running')

#子类
class Dog(Animal):
    pass
class Cat(Animal):
    pass

子类继承了父类的全部功能。

dog=Dog()
dog.run()  #来自父类的run方法:animal is running

cat=Cat()
cat.run()

也可对子类增加新的方法：

class Dog(Animal):
    def run(self):  #新增方法1
        print('dog is running')
    def eat(self):  #新增方法2
        print('eating meat')

当子类和父类存在相同名字的方法时（如上例run方法），子类会覆盖父类，不同子类拥有不同方法，这就是多态。

类其实也是一种数据类型：

a = list() #a是list类型
b = Animal() #b是Animal类型
c = Dog() #c是Dog类型

#判断变量是否为某种类型：
isinstance(a,list)
isinstance(b,Animal)
isinstance(c,Dog)

isinstance(c,Animal) #True
isinstance(b,Dog) #False

编写一个接受Animal类型变量的函数来理解多态：

def run_twice(animal):
    animal.run()
    animal.run()

#以下都是Animal类型    
run_twice(Animal())  #Animal is running/Animal is running
run_twice(Cat())  #Cat is running/Cat is running
run_twice(Dog())  #Dog is running/Dog is running

传入的类型只要是Animal类或子类，就会自动调用实际类型的run()方法，这就是多态的意思。

多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Animal的子类时，只要确保run()方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：对扩展开放：允许新增Animal子类；对修改封闭：不需要修改依赖Animal类型的run_twice()等函数。

继承可以一级一级地继承下来，而任何类最终都可以追溯到根类object。

Python作为动态语言，它的“file-like object“是一种“鸭子类型”，并不要求严格的继承体系。如上不一定需要传入Animal类型，只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了。

class Timer(object):
   def run(self):
       print('start...')

4.获取对象信息

type()函数返回对应的Class类型

#基本类型
type(123)
type('str')
type(None)

#指向函数或类的变量
type(abs)
type(a)

type(123)=int #True
type('abc')=type(123) #False

判断一个对象是否为函数：

import types
def fn():
    pass

type(fn)==types.FunctionType  #True
type(abs)==types.BuiltinFunctionType
type(lambda x: x)==types.LambdaType
type((x for x in range(10)))==types.GeneratorType

isinstance函数

#创建3种类型对象：
a=Animal()
d=Dog()
h=Husky()

#判断：
isinstance(h, Dog)
isinstance(h, Animal)

#type判断的类型也可用isinstance：
isinstance('abc',str)
#判断一个变量是否是某些类型中的一种
isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))

dir()函数
获得一个对象的所有属性和方法，返回list。

dir("abc")

len()函数内部自动调用该对象的__len__()方法:

len('abc')
'abc'.__len__() #效果同上

其他都是普通属性或方法，如lower:

'ABC'.lower() #abc

直接操作一个对象的状态：

#定义一个对象
class MyObject(object):
    def __init__(self):
        self.x=9
    def power(self):
        return self.x * self.x

obj = MyObject()

#测试对象的属性：
hasattr(obj, 'x') #True 是否有x属性
obj.x  #9
hasattr(obj, 'y') #False
setattr(obj, 'y', 19) #设置一个y属性
hasattr(obj, 'y') #True
getattr(obj, 'y') #19 获取y属性
obj.y #19

getattr(obj, 'z', 404) # 获取属性'z'，如果不存在，返回默认值404

#获取对象的方法：
hasattr(obj, 'power')
getattr(obj, 'power')
fn = getattr(obj, 'power')
fn # fn指向obj.power
fn() # 同obj.power()

一个例子：

def readImage(fp):
    if hasattr(fp, 'read'):
        return readData(fp)
    return None

5.实例属性和类属性

根据类创建的实例可以任意绑定属性，方法是通过实例变量或self变量。

类属性直接在class中定义，这个属性虽然归类所有，但类的所有实例都可以访问到。实例属性属于各个实例所有，互不干扰。

class Student(object):
    name = 'Student'

s=Student() #创建实例s
print(s.name)  #Student
print(Student.name) #Student

s.name='Jesse' # 给实例绑定name属性
print(s.name) #Jesse 实例属性优先级比类属性高
print(Student.name) #Student

del s.name
print(s.name) #Student

从上看出，最好不要对实例属性和类属性使用相同的名字。