数据治理 | 带你学Python之面向对象编程基础

我们将在数据治理板块中推出一系列原创推文，帮助读者搭建一个完整的社科研究数据治理软硬件体系。该板块将涉及以下几个模块：

1. 计算机基础知识

1. 编程基础

本期内容：数据治理 | 带你学Python之面向对象编程基础

1. 数据采集
2. 数据存储

(1)安装篇 数据治理 | 遇到海量数据stata卡死怎么办？这一数据处理利器要掌握

(2)管理篇 数据治理 | 多人协同处理数据担心不安全？学会这一招，轻松管理你的数据团队

(3)数据导入 数据治理 | “把大象装进冰箱的第二步”：海量微观数据如何“塞进”数据库？

1. 数据清洗
2. 数据实验室搭建

Part1什么是面向对象

面向对象——Object Oriented Programming，简称 OOP，OOP 把对象当作一个程序的基本单元，一个对象包含了数据和操作数据的函数。面向对象的出现极大地提高了编程的效率。Python在设计之初就已经是一门面向对象的编程语言了，正因为如此，在Python中创建一个类和对象是很容易的。本小节将简单介绍 Python 的面向对象编程。

目前流行的编程思想有两种——面向过程和面向对象。两种开发思想各有长短。面向过程的思想简单来说就是当需要实现一个功能的时候，非常注重开发的步骤和过程，每一个步骤都需要亲力亲为。关注的是怎么做。而面向对象的思想则是当需要实现一个功能的时候，看重的并不是步骤和过程，而是关心谁来做。

举个例子：快中午了，你需要做饭，做菜吃。

• 面向过程：买菜，洗米，煮饭，洗菜，起锅烧油，放入葱姜蒜等，放入菜，翻炒，加调料，翻炒，饭菜出锅，吃饭，刷锅。

• 面向对象：找个人，教他怎么买菜，做饭，做菜，刷锅等一系列操作。让这个人帮你做，你来吃。

这样的活，你只需要教这个人怎么做如何操作，以后每餐都有帮手帮你做，相当 Nice。

Part2面向对象重要术语

Python面向对象编程中，有一些概念需要大家掌握：

• 类：对具有相同数据或者方法的一组对象的集合
• 对象：对象是一个类的具体实例
• 多态：一个函数有多种表现形式，调用一个方法有多种形式，但是表现出的方法是不一样的。
• 继承：子项继承父项的某些功能，在程序中表现某种联系
• 封装：把需要重用的函数或者功能封装，方便其他程序直接调用
• 实例属性：一个对象就是一组属性的集合
• 实例方法：所有存取或者更新对象某个实例一条或者多条属性函数的集合。
• 类属性：属于一个类中所有对象的属性，
• 类方法：那些无须特定的对象实例就能够工作的从属于类的函数。

暂时不完全明白没有关系，后续将会慢慢介绍。

Part3类和对象

面向对象编程有两个非常重要的概念：类和对象。

1类

类，意同其名，是对一群具有相同特征或者行为的事物的一个统称，类是抽象的。在类里我们称特征为属性。称行为为方法。类其实就是由属性和方法组成的一个抽象概念。打个比方，厨师是就是一个类，我们说，一个会做菜，并以做菜为职业的人是厨师。那么，厨师的属性是：是人，方法是：做菜。我们可以说某人是厨师，但却不能说厨师是某人。类似的，交通工具，电子设备等具有相似内部状态和运行规律的实体的集合都是类。

2对象（实例）

刚才说到，类是一类实体的集合，而对象则与其相反，对象是具体存在的个体，也叫做实例。在编程世界中，对象是由类创建出来的一个具体存在。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和方法。在实际应用里，应该先有类，在类里定义好属性和行为，再根据类来创建对象。

3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。使用同一个类，能够创建出很多对象。类中定义了什么属性和方法，对象中就有什么属性和方法。不同对象对应的属性值可能不同。

4类和对象实战

定义类

类由三个部分组成，类的名称，属性和方法。举个例子，人类是一个类，这个类的名称是“人”；属性有“身高”，“体重”等；方法有“做饭”，“吃饭”等。

在 Python 中，类的定义与函数的定义类似，所不同的是，类的定义是使用关键字 "class"。与函数定义相同的是，在定义类时也要使用缩进的形式，以表示缩进的语句属于该类。类的定义形式如下.

class <类名>:  # 形式 1
    <方法列表>

class <类名>():# 形式 2
    <方法列表>

与函数相同，在使用类之前必须先定义类。下面的代码定义了一个 human 类，并定义了相关的属性。

>>> class human():
        name = '人'  # 定义姓名属性
        sex = ' '    # 定义性别属性
        age = 0      # 定义年龄属性

在 Python 中也可以以类继承的方式定义类。通过类继承来定义类的基本形式如下。

class <类名>(父类名):
    <方法列表>

其中圆括号内的父类名就是要继承的类，object 是 Python 里所有类的最顶级父类。

例如下面将定义一个学生类，继承上面 human 类的属性。

>>> class student(human): 
        school = '1'  # 定义学校属性
        number = '2'  # 定义学号属性
        grade = '3'   # 定义成绩属性
        
>>> student.name
'人'

可以看到，student 类继承了 human 类之后，也拥有了 human 类的属性。

类定义之后也可以动态的修改类中的属性。例如：

>>> student.weight = '50kg'

>>> del student.number

>>> student.weight
'50kg'

>>> student.number
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#152>", line 1, in <module>
    student.number
AttributeError: type object 'student' has no attribute 'number'

类中也可以调用实例函数和普通函数，例如：

# 定义厨师类，继承 human 类

>>> class Chef(human):

        # 定义薪资属性
        pay = 10000  
        
        # 定义实例函数
        def info(self,food:str):
            print('cooking ' + food)
           
        # 定义普通函数 
        def sleep(hours):
            print(f'睡了{hours}小时')

定义一个类时，往往伴随着类属性的创建，前面示范了如何简单地定义类的属性，在实际的应用中，可以使用更高效，规范地定义类的属性。在代码复杂度较高时，使用前面的动态绑定属性的方式创建对象，就不太好了。这时需要一个名称为“__init__” 的方法，这个特殊的方法被称为构造函数，主要用于创建对象并将对象的数据初始化。该方法可以没有参数(除 self 参数之外)，也可以有参数。例如：

>>> class Cat(object):
        def __init__(self,name):
            self.name = name  # 使用输入参数 name 作为 名称属性
            self.breed= '中华田园猫'  # 定义品种属性
            print("init 被调用了")   # 一个被调用的标记
            
>>> Cat_1 = Cat('胖橘')
init 被调用了
>>> Cat_1.name
'胖橘'
>>> Cat_1.breed
'中华田园猫'    

实际上，即使在定义类的时候不主动定义__init__方法，系统也会隐式地调用它，但不会定义任何属性以及输出任何信息。

定义类时，实例函数和普通函数的区别在于实例函数的第一个参数是“self”，而普通函数则不是。

关于“self”，应当了解以下几点：

• self 表示当前对象。
• self 并不是一个关键字，其实可以是任意的标识符，为了表达代表的是当前对象自己，习惯用 self。
• 调用实例函数的时候，self 不需要手动传参，系统会自动传递当前的对象。
• 哪个对象调用了方法，方法里的 self 指的就是谁。
• 通过 self.属性名 可以访问到这个对象的属性。
• 通过 self.方法名() 可以调用这个对象的方法。
• 在类内部获取属性和实例方法，通过 self 获取；
• 在类外部获取属性和实例方法，通过对象名获取。
• 如果一个类有多个对象，每个对象的属性是各自保存的，都有各自独立的地址。但实例方法是所有对象共享的，只占用一份内存空间。类会通过 self 来判断是哪个对象调用了实例方法。

创建对象

Python 中，可以根据已经定义的类去创建一个或多个对象，创建对象的语法格式如下。

对象名1 = 类名()
对象名2 = 类名()
对象名3 = 类名()

使用前面定义好的 student 类创建一个对象。

>>> student_1 = student()  # student_1 就是一个实例对象
>>> print(student.age)
0
>>> print(student.school)
1

再使用前面定义的拥有函数的 Chef 类创建一个对象。

>>> Chef_1 = Chef()

# 对象调用实例方法
>>> Chef_1.info('egg')  
cooking egg

# 类调用普通方法
>>> Chef.sleep(8)  
睡了8小时

# 对象调用普通方法
>>> Chef_1.sleep(8)  
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#162>", line 1, in <module>
    Chef_1.sleep(8)
TypeError: sleep() takes 1 positional argument but 2 were given

Part4面向对象的三大特性

面向对象具有三大典型特征——封装，继承，多态。本小节将尽可能通俗地介绍这三大特征。

5封装

封装是面向对象编程的一大特征，其思想就是将属性和方法等细节封装在一个抽象地类中，并将类隐藏起来，只对外提供一个访问地方式。使用类中的方法时，可以先使用类创建对象，再使用对象调用类中的方法。这种思想极大的提升了代码的复用性和可读性。

6继承

继承是一种定义新类的方式，新建的类可以继承一个或多个父类，新建的类叫做子类或派生类。这样做可以使子类继承父类的所有属性和方法，可以提高代码的复用性，逻辑上会更加清晰。

7多态

多态的应用场景一般是在父类和子类之间，子类通过重写父类的方法，使具有不同功能的函数可以使用相同的函数名，这样就可以用一个函数名调用不同功能的函数。这种特性可以提高代码的灵活性。

若您想更加深入地了解 Python 面向对象的知识，可以参考 Python 官方网站的详解^[1]。

Part5总结

本文我们介绍了面向对象编程的基础概念包括：

1. 面向对象基础概念，包括类、对象、类的属性和方法等
2. 如何定义一个类、如何定义类的属性、如何继承类
3. 如何用类创建一个对象，如何通过对象调用类方法和属性

本文面向零基础的读者，因此仅介绍了面向对象的基础知识。

面向对象编程还有非常多高级的知识点，待大家在日后的学习工作过程中慢慢发掘。

参考资料

[1]

Python 面向对象的知识: https://www.python.org/about/gettingstarted/

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