Python 面向对象初步

面向对象（Object oriented Programming，OOP）编程的思想主要是针对大型软件设计而来的。面向对象编程使程序的扩展性更强、可读性更好，使的编程可以像搭积木一样简单。
面向对象编程将数据和操作数据相关的方法封装到对象中，组织代码和数据的方式更加接近人的思维，从而大大提高了编程的效率。
Python完全采用了面向对象的思想，是真正面向对象的编程语言，完全支持面向对象的基本功能，例如：继承、多态、封装等。
Python中，一切皆对象。我们在前面学习的数据类型、函数等，都是对象。

注：Python支持面向过程、面向对象、函数式编程等多种编程范式。

1 面向对象和面向过程区别

1.1 面向过程(Procedure Oriented)思维

面向过程编程更加关注的是“程序的逻辑流程”，是一种“执行者”思维，适合编写小规模的程序。
面向过程思想思考问题时，我们首先思考“怎么按步骤实现？”并将步骤对应成方法，一步一步，最终完成。 这个适合简单任务，不需要过多协作的情况下。比如，如何开车？我们很容易就列出实现步骤：

1. 发动车
2. 挂挡
3. 踩油门
4. 走你

面向过程适合简单、不需要协作的事务。 但是当我们思考比较复杂的问题，比如“如何造车？”，就会发现列出1234这样的步骤，是不可能的。那是因为，造车太复杂，需要很多协作才能完成。此时面向对象思想就应运而生了。

1.2 面向对象(Object Oriented)思维

面向对象更加关注的是“软件中对象之间的关系”，是一种“设计者”思维，适合编写大规模的程序。
面向对象(Object)思想更契合人的思维模式。我们首先思考的是“怎么设计这个事物？” 比如思考造车，我们就会先思考“车怎么设计？”，而不是“怎么按步骤造车的问题”。这就是思维方式的转变。
面向对象方式思考造车，发现车由如下对象组成：

1. 轮胎
2. 发动机
3. 车壳
4. 座椅
5. 挡风玻璃

为了便于协作，我们找轮胎厂完成制造轮胎的步骤，发动机厂完成制造发动机的步骤；这样，发现大家可以同时进行车的制造，最终进行组装，大大提高了效率。但是，具体到轮胎厂的一个流水线操作，仍然是有步骤的，还是离不开面向过程思想！
因此，面向对象可以帮助我们从宏观上把握、从整体上分析整个系统。 但是，具体到实现部分的微观操作（就是一个个方法），仍然需要面向过程的思路去处理。
我们千万不要把面向过程和面向对象对立起来。他们是相辅相成的。面向对象离不开面向过程！

1.3 面向对象思考方式

遇到复杂问题，先从问题中找名词（面向过程更多的是找动词），然后确立这些名词哪些可以作为类，再根据问题需求确定的类的属性和方法，确定类之间的关系。

1.4 面向对象和面向过程的总结

1. 都是解决问题的思维方式，都是代码组织的方式。
2. 解决简单问题可以使用面向过程
3. 解决复杂问题：宏观上使用面向对象把握，微观处理上仍然是面向过程。

2 对象的进化

随着编程面临的问题越来越复杂，编程语言本身也在进化，从主要处理简单数据开始，随着数据变多进化“数组”； 数据类型变复杂，进化出了“结构体”； 处理数据的方式和逻辑变复杂，进化出了“对象”。

1. 简单数据
   像30,40，50.4等这些数字，可以看做是简单数据。最初的计算机编程，都是像这样的数字。
2. 数组
   将同类型的数据放到一起。比如：整数数组[20,30,40]，浮点数数组[10.2, 11.3, 12.4]，字符串数组：[“aa”,”bb”,”cc”]
3. 结构体
   将不同类型的数据放到一起，是C语言中的数据结构。比如：

struct resume{
    int age;
    char name[10];
    double salary;
};
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4. 对象
   将不同类型的数据、方法（即函数）放到一起，就是对象。比如：

class Student:

    company = "SXT"     #类属性
    count = 0           #类属性
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)
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我们前面学习的数字也是对象。比如：整数9，就是一个包含了加法、乘法等方法的对象。

3 类的定义

我们把对象比作一个“饼干”，类就是制造这个饼干的“模具”。

我们通过类定义数据类型的属性（数据）和方法（行为）,也就是说，“类将行为和状态打包在一起”。

对象是类的具体实体，一般称为“类的实例”。类看做“饼干模具”，对象就是根据这个“模具”制造出的“饼干”。

从一个类创建对象时，每个对象会共享这个类的行为（类中定义的方法），但会有自己的属性值（不共享状态）。更具体一点：“方法代码是共享的，属性数据不共享”。

Python中，“一切皆对象”。类也称为“类对象”，类的实例也称为“实例对象”。

定义类的语法格式如下：

class  类名：
类体
1
2

要点如下：

1. 类名必须符合“标识符”的规则；一般规定，首字母大写，多个单词使用“驼峰原则”。
2. 类体中我们可以定义属性和方法。
3. 属性用来描述数据，方法(即函数)用来描述这些数据相关的操作。

【操作】一个典型的类的定义

class Student:
    def __init__(self,name,score):    #构造方法第一个参数必须为self
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score

    def say_score(self):           #实例方法
        print(self.name,'的分数是：',self.score)


s1 = Student('张三',80)           #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()
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4 __init__构造方法和__new__方法

类是抽象的，也称之为“对象的模板”。我们需要通过类这个模板，创建类的实例对象，然后才能使用类定义的功能。

我们前面说过一个Python对象包含三个部分：id（identity识别码）、type（对象类型）、value（对象的值）。

现在，我们可以更进一步的说，一个Python对象包含如下部分：

1. id（identity识别码）
2. type（对象类型）
3. value（对象的值）
   (1) 属性（attribute）
   (2) 方法（method）

创建对象，我们需要定义构造函数__init__()方法。构造方法用于执行“实例对象的初始化工作”，即对象创建后，初始化当前对象的相关属性，无返回值。

对于__init__()的要点：

1. 名称固定，必须为__init__()
2. 第一个参数固定，必须为：self。 self指的就是刚刚创建好的实例对象。
3. 构造函数通常用来初始化实例对象的实例属性，如下代码就是初始化实例属性：name和score。

def __init__(self,name,score):
    self.name = name         #实例属性
    self.score = score
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4. 通过“类名(参数列表)”来调用构造函数。调用后，将创建好的对象返回给相应的变量。 比如：s1 = Student(‘张三’, 80)
5. 关于__init__()方法：初始化创建好的对象，初始化指的是：“给实例属性赋值”
6. 关于__new__()方法: 用于创建对象，但我们一般无需重定义该方法。
7. 如果我们不定义__init__方法，系统会提供一个默认的__init__方法。如果我们定义了带参的__init__方法，系统不创建默认的__init__方法。

注：

1. Python中的self相当于C++中的self指针，JAVA和C#中的this关键字。Python中，self必须为构造函数的第一个参数，名字可以任意修改。但一般遵守惯例，都叫做self。

5 实例属性和实例方法

5.1 实例属性

实例属性是从属于实例对象的属性，也称为“实例变量”。他的使用有如下几个要点：

1. 实例属性一般在__init__()方法中通过如下代码定义：

self.实例属性名 = 初始值
1

2. 在本类的其他实例方法中，也是通过self进行访问：

self.实例属性名
1

3. 创建实例对象后，通过实例对象访问：

obj01 = 类名()      #创建对象，调用__init__()初始化属性
obj01.实例属性名 = 值    #可以给已有属性赋值，也可以新加属性  
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2

【操作】测试

class Student:   # 类名一般首字母大写，多个单词采用驼峰原则

    def __init__(self, nam, scor):    # 构造方法,self必须位于第一个参数
        self.name = nam
        self.score = scor

    def say_score(self):    #self必须位于第一个参数
        print("{0}的分数是：{1}".format(self.name, self.score))

s1 = Student("高淇", 18)
s1.say_score()
s1.salary = 3000
print(s1.salary)
print(id(s1))
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运行结果

高淇的分数是：18
3000
3001737238032
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内存图

5.2 实例方法

实例方法是从属于实例对象的方法。实例方法的定义格式如下：

def  方法名(self [, 形参列表])：
函数体
1
2

方法的调用格式如下：

对象.方法名([实参列表])
1

要点：

1. 定义实例方法时，第一个参数必须为self。和前面一样，self指当前的实例对象。
2. 调用实例方法时，不需要也不能给self传参。self由解释器自动传参。

【操作】测试

class Student:   # 类名一般首字母大写，多个单词采用驼峰原则

    def __init__(self, nam, scor):    # 构造方法,self必须位于第一个参数
        self.name = nam
        self.score = scor

    def say_score(self):    #self必须位于第一个参数
        print("{0}的分数是：{1}".format(self.name, self.score))

s2 = Student("高希希",100)
s2.say_score()    # 可以这样写
Student.say_score(s2)    #本质上是这样调用的
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运行结果

高希希的分数是：100
高希希的分数是：100
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5.2.1 实例对象的方法调用本质：

s2.say_score()解释器翻译为Student.say_score(s2)

5.2.2 函数和方法的区别

1. 都是用来完成一个功能的语句块，本质一样。
2. 方法调用时，通过对象来调用。方法从属于特定实例对象，普通函数没有这个特点。
3. 直观上看，方法定义时需要传递self，函数不需要。

5.2.3 其他操作：

1. dir(obj)可以获得对象的所有属性、方法
2. obj.__dict__ 对象的属性字典
3. pass 空语句
4. isinstance（对象,类型） 判断“对象”是不是“指定类型”

【操作】测试

class Student:   # 类名一般首字母大写，多个单词采用驼峰原则

    def __init__(self, nam, scor):    # 构造方法,self必须位于第一个参数
        self.name = nam
        self.score = scor

    def say_score(self):    #self必须位于第一个参数
        print("{0}的分数是：{1}".format(self.name, self.score))

s2 = Student("高希希",100)
s2.say_score()
Student.say_score(s2)

print(dir(s2))
print(s2.__dict__)

class Man:
    pass

print(isinstance(s2, Student))
print(isinstance(s2, Man))
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运行结果

['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'name', 'say_score', 'score']
{'name': '高希希', 'score': 100}
True
False
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6 类对象、类属性、类方法、静态方法

6.1 类对象

我们在前面讲的类定义格式中，“class 类名：”。实际上，当解释器执行class语句时，就会创建一个类对象。

【操作】测试类对象的生成

class Student:
    pass    #空语句

print(type(Student))
print(id(Student))

Stu2 = Student
s1 = Stu2()
print(s1)
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执行结果如下：

<class 'type'>
2139242583472
<__main__.Student object at 0x000001F215255610>
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3

我们可以看到实际上生成了一个变量名就是类名“Student”的对象。我们通过赋值给新变量Stu2，也能实现相关的调用。说明，确实创建了“类对象”。
【操作】测试

class Student:   # 类名一般首字母大写，多个单词采用驼峰原则

    def __init__(self, nam, scor):    # 构造方法,self必须位于第一个参数
        self.name = nam
        self.score = scor

    def say_score(self):    #self必须位于第一个参数
        print("{0}的分数是：{1}".format(self.name, self.score))

stu2 =Student

s1 = Student("高淇", 18)
s2 = stu2("高希希",100)    # 效果一样

s1.say_score()
s2.say_score()
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运行结果

高淇的分数是：18
高希希的分数是：100
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【注】pass为空语句。就是表示什么都不做，只是作为一个占位符存在。当你写代码时，遇到暂时不知道往方法或者类中加入什么时，可以先用pass占位，后期再补上。

6.2 类属性

类属性是从属于“类对象”的属性，也称为“类变量”。由于，类属性从属于类对象，可以被所有实例对象共享。

类属性的定义方式：

class  类名：
	类变量名= 初始值
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2

在类中或者类的外面，我们可以通过：“类名.类变量名”来读写。

【操作】 类属性的使用测试

class Student:

    company = "sxt"     #类属性
    count = 0           #类属性

    
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)


s1 = Student('高淇',80)           #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()
print('一共创建{0}个Student对象'.format(Student.count))
print(id(s1))
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执行结果：

我的公司是： sxt
高淇 的分数是： 80
一共创建1个Student对象
1919936128528
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6.3 类方法

类方法是从属于“类对象”的方法（只从属于类，从属于类的对象中，不会有类方法，但也可以调用类方法，与say_score()不同）。类方法通过装饰器@classmethod来定义，格式如下：

@classmethod
def  类方法名(cls  [，形参列表]) ：
	函数体
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要点如下：

1. @classmethod必须位于方法上面一行
2. 第一个cls必须有；cls指的就是“类对象”本身；
3. 调用类方法格式：“类名.类方法名(参数列表)”。 参数列表中，不需要也不能给cls传值。
4. 类方法中访问实例属性和实例方法会导致错误
5. 子类继承父类方法时，传入cls是子类对象，而非父类对象

【操作】类方法使用测试

# 测试类方法，静态方法
class Student:
    company = "SXT"  # 类属性

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

    @classmethod
    def printCompany(cls):
        print(cls.company)

Student.printCompany()

s1 = Student("gaoqi", 18)
s1.printCompany()
Student.printCompany()    # 为什么不是 Student.printCompany(s1)
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运行结果

SXT
SXT
SXT
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6.4 静态方法

Python中允许定义与“类对象”无关的方法，称为“静态方法”。

“静态方法”和在模块中定义普通函数没有区别，只不过“静态方法”放到了“类的名字空间里面”，需要通过“类调用”。

静态方法通过装饰器@staticmethod来定义，格式如下：

@staticmethod
def  静态方法名([形参列表]) ：
函数体
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要点如下：

1. @staticmethod必须位于方法上面一行
2. 调用静态方法格式：“类名.静态方法名(参数列表)”。
3. 静态方法中访问实例属性和实例方法会导致错误

【操作】静态方法使用测试

class Student2:
    company = "SXT"  # 类属性

    @staticmethod
    def add(a, b):  # 静态方法
        print(Student2.company)    # 也可以调用类属性
        print("{0}+{1}={2}".format(a, b, (a + b)))
        return a + b


c = Student2.add(20, 30)
print(c)
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运行结果

SXT
20+30=50
50
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7 内存分析实例对象和类对象创建过程（重要）

我们以下面代码为例，分析整个创建过程，让大家对面向对象概念掌握更加深刻：

class Student:

    company = "sxt"     #类属性
    count = 0           #类属性

    
    def __init__(self,name,score):
        self.name = name         #实例属性
        self.score = score
        Student.count = Student.count+1

    def say_score(self):           #实例方法
        print("我的公司是：",Student.company)
        print(self.name,'的分数是：',self.score)


s1 = Student('高淇',80)           #s1是实例对象，自动调用__init__()方法
s1.say_score()
print('一共创建{0}个Student对象'.format(Student.count))
print(id(s1))
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执行结果：

我的公司是： sxt
高淇 的分数是： 80
一共创建1个Student对象
1919936128528
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内存图

8 __del__方法(析构函数)和垃圾回收机制

__del__方法称为“析构方法”，用于实现对象被销毁时所需的操作。比如：释放对象占用的资源，例如：打开的文件资源、网络连接等。
Python实现自动的垃圾回收，当对象没有被引用时（引用计数为0），由垃圾回收器调用__del__方法。
我们也可以通过del语句删除对象，从而保证调用__del__方法。
系统会自动提供__del__方法，一般不需要自定义析构方法。

#析构函数
class Person:

    def __del__(self):
        print("销毁对象：{0}".format(self))

p1 = Person()
p2 = Person()
del p2
print("程序结束")
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运算结果：

销毁对象：<__main__.Person object at 0x0000019AC2866BE0>
程序结束
销毁对象：<__main__.Person object at 0x0000019AC2866610>
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9 __call__方法和可调用对象

定义了__call__方法的对象，称为“可调用对象”，即该对象可以像函数一样被调用。

#测试__call__，可调用对象

class SalaryAccount:
    """工资计算类"""

    def __call__(self, salary):
        print("算工资啦")
        yearSalary = salary*12
        daySalary = salary/22.5
        hourSalary = daySalary//8
        return dict(yearSalary = yearSalary, monthSalary=salary, daySalary = daySalary, hourSalary = hourSalary)

s = SalaryAccount()
print(SalaryAccount.__doc__)
print(s(30000))
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运行结果：

工资计算类
算工资啦
{'yearSalary': 360000, 'monthSalary': 30000, 'daySalary': 1333.3333333333333, 'hourSalary': 166.0}
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10 方法没有重载

在其他语言中，可以定义多个重名的方法，只要保证方法签名唯一即可。方法签名包含3个部分：方法名、参数数量、参数类型。

Python中，方法的的参数没有声明类型（调用时确定参数的类型），参数的数量也可以由可变参数控制。因此，Python中是没有方法的重载的。定义一个方法即可有多种调用方式，相当于实现了其他语言中的方法的重载。

如果我们在类体中定义了多个重名的方法，只有最后一个方法有效。

建议：不要使用重名的方法！Python中方法没有重载。

#Python中没有方法的重载。定义多个同名方法，只有最后一个有效

class Person:

    def say_hi(self):
        print("hello")

    def say_hi(self,name):
        print("{0},hello".format(name))

p1 = Person()

#p1.say_hi()       #不带参，报错：TypeError: say_hi() missing 1 required positional argument: 'name'

p1.say_hi("高淇")
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11 方法的动态性

Python是动态语言，我们可以动态的为类/对象添加新的方法，或者动态的修改类的已有的方法。

#测试方法的动态性
class Person:

    def work(self):
        print("努力上班！")

def play_game(s):
    print("{0}在玩游戏".format(s))

def work2(s):
    print("好好工作")

Person.play = play_game
p = Person()
p.work()
p.play()    # 实际是下面那个
Person.play(p)

Person.work = work2

p.work()    # 实际是下面那个
Person.work(p)
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运行结果

努力上班！
<__main__.Person object at 0x0000017627816610>在玩游戏
<__main__.Person object at 0x0000017627816610>在玩游戏
好好工作
好好工作
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我们可以看到，Person动态的新增了play_game方法，以及用work2替换了work方法。

12 私有属性和私有方法(实现封装)

Python对于类的成员没有严格的访问控制限制，这与其他面向对象语言有区别。关于私有属性和私有方法，有如下要点：

1. 通常我们约定，两个下划线开头的属性是私有的(private)。其他为公共的(public)。
2. 类内部可以访问私有属性(方法)
3. 类外部不能直接访问私有属性(方法)
4. 类外部可以通过“_类名__私有属性(方法)名”访问私有属性(方法)

【注】**方法本质上也是属性！**只不过是可以通过()执行而已。所以，此处讲的私有属性和公有属性，也同时讲解了私有方法和公有方法的用法。如下测试中，同时也包含了私有方法和公有方法的例子。

【测试】私有属性和公有属性使用测试

#测试私有属性、私有方法

class Employee:

    __company = "百战程序员"

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.__age = age    # 私有属性,对外私有

    def __work(self):    # 私有方法
        print("好好工作")
        print("年龄：{0}".format(self.__age))    # 私有属性,内部可随意调用
        print(Employee.__company)

e = Employee("高淇", 18)

print(e.name)
# print(e.age)
print(e._Employee__age)    # 调用私有属性
print(dir(e))    # 通过dir可以查到_Employee__age
e._Employee__work()   # 调用私有方法
print(Employee._Employee__company)    # 调用私有类属性，属于类，所以是Employee._XXX__XXX
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执行结果：

高淇
18
['_Employee__age', '_Employee__company', '_Employee__work', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'name']
好好工作
年龄：18
百战程序员
百战程序员
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从打印的Employee对象所有属性我们可以看出。私有属性“__age”在实际存储时是按照“_Employee__age”这个属性来存储的。这也就是为什么我们不能直接使用“__age”而可以使用“_Employee__age”的根本原因。

13 @property装饰器

@property可以将一个方法的调用方式变成“属性调用”。@property主要用于帮助我们处理属性的读操作、写操作。下面是一个简单的示例，让大家体会一下这种转变：

# 测试@property的最简化使用

class Employee:

    @property
    def salary(self):
        print("salary run...")
        return 10000

emp1 = Employee()
#emp1.salary()

print(emp1.salary)
print(type(emp1.salary))    # 两个salary run...，调用两次salary
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运行结果

salary run...
10000
salary run...
<class 'int'>
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#@property装饰器的用法

class Employee:

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

emp1 = Employee("高淇", 30000)
print(emp1.salary)
emp1.salary=2000
print(emp1.salary)
#emp1.salary()                   #报错：TypeError: 'int' object is not callable
#emp1.salary =1000               #@property修饰的属性，如果没有加setter方法，则为只读属性。此处修改报错：AttributeError: can't set attribute
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如上的操作读操作、写操作。但是，这种做法不安全。比如，我需要限制薪水必须为1000-50000的数字。这时候，我们就需要通过getter、setter方法来处理。

1. 不使用@property

#@property装饰器的用法

class Employee:

    def __init__(self, name, salary):
        self.__name = name
        self.__salary = salary

    def get_salary(self):
        return self.__salary

    def set_salary(self,salary):
        if 1000<salary<50000:
            self.__salary = salary
        else:
            print("录入错误，薪水在1000-50000之间")

emp1 = Employee("高淇", 30000)
print(emp1.get_salary())
emp1.set_salary(2000)
print(emp1.get_salary())
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运行结果

30000
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2. 使用@property

#@property装饰器的用法

class Employee:


    def __init__(self, name, salary):
        self.__name = name
        self.__salary = salary

    @property
    def salary(self):
        return self.__salary

    @salary.setter
    def salary(self,salary):
        if 1000 < salary < 50000:
            self.__salary = salary
        else:
            print("录入错误，薪水在1000-50000之间")


emp1 = Employee("高淇", 30000)

print(emp1.salary)
emp1.salary = 2000
print(emp1.salary)
emp1.salary = -200
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运行结果：

30000
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14 属性和方法命名总结

1. _xxx：保护成员，不能用“from module import * ”导入，只有类对象和子类对象能访问这些成员。
2. xxx：系统定义的特殊成员
3. __xxx： 类中的私有成员，只有类对象自己能访问，子类对象也不能访问。（但，在类外部可以通过“对象名. _类名__xxx”这种特殊方式访问。Python不存在严格意义的私有成员）

注：再次强调，方法和属性都遵循上面的规则。

15 类编码风格

1. 类名首字母大写，多个单词之间采用驼峰原则。
2. 实例名、模块名采用小写，多个单词之间采用下划线隔开。
3. 每个类，应紧跟“文档字符串”，说明这个类的作用。
4. 可以用空行组织代码，但不能滥用。在类中，使用一个空行隔开方法；模块中，使用两个空行隔开多个类。