Python编程中的对象基本概念

前言

作为高级编程语言的Python，在使用其编程时，一条核心基本的原则要记牢，即Python世界一切皆对象。而Python编程即操作各种类型的对象（Object）来完成相关任务。Python提供了很多的内置类，除了基本的整数类型、浮点类型、字符串类型、布尔类型外，还有容器型或说集合形类型，如列表、元组、集合以及其它相关特定内置等。另外，我们还可以使用类（class）类创建自己的数据类型。在拥有一定的Python编程知识后，还应该深入的理解底层的Python对象模型和对象工作的机制。随着编程的深入，还要特别注意定义各种对象的核心行为的“协议”（protocols）。本文主要内容是关于对象的基本概念以及对象标识和类型，有一定编程知识则易理解。

基本概念

Python存储在程序中的每一块数据都是一个对象。每个对象都有一个标识（identity）、一个类型(也称为类-class)和一个值。例如，即便我们简单地编写a=42则此语句也会创建一个值为42的整数对象。对象的标识是表示其在内存中的位置的数字（可以简单地理解为内存地址）。而a则是一个指向这个特定位置的标签（便于编程和识别的对象名称，简单理解为变量名），要知道的是：该标签不是对象本身的一部分，只是一个名称（变量名称）。对象的类型（type），也称为对象的类，其定义了对象的内部数据表示以及受支持的方法。当创建特定类型的对象时，该对象称为该类型的“实例”（instance）。创建实例后，其标识是不会改变的。如果一个对象的值可以被修改，那么这个对象就被称为可变的（mutable）。如果值不能被修改，则称该对象为不可变的（immutable）。通常持有对其他对象的引用的对象称为容器（container）。对象是由它们的属性（Attributes）来表征化描述体现的。属性是与对象有关的值，可通过对象的点运算符（.）来访问使用点(即访问的对象相关的值)。属性可以是一个简单的数据值，比如一个数字，也可以是其他对象。属性还可以是用于执行某些操作的函数。这样的函数常被称为方法（method）。请看下面的例子，来进一步理解对属性的访问:

a=34 #创建一个整数对象
n=a.numerator #获取属性numerator(整数的一个属性)
b=[1,2,3] #创建一个列表对象
b.append(7) #使用列表对象的append方法添加新元素

对象还可以实现各种操作符（operators）运算，比如+操作符。例如:

c=a+10 #或复数
c=13+4j
d=b+[4,5] #d=[1,2,3,4,5]

尽管操作符使用不同的语法，但它们最终会映射到方法。例如，写a+10则对应执行整数对象的a.__add__(10)方法实现加法运算。注意：带有前后下划线的方法，通常是Python的约定，为内置方法，通常很少直接调用。

本小节中提到的基本概念，在文中都加粗标识了，将贯穿Python编程的整个过程。

对象标识和类型

Python内置函数id()用于返回对象的唯一标识。该标识符是一个整数，通常对应于对象在内存中的位置。is和is not操作符用于比较两个对象的标识是否一样（同一个对象）。Type()返回对象的类型。还有一个等号（==）对象比较方式需要注意。看下面示例，用于比较两个对象的不同方法:

#对象比较
a=[1,2,3]
b=[1,2,3]
if a is b:
    print('a和b是同一对象。')
else:
    print('a和b不是同一对象。')
if a==b:
    print('a和b的值相同。')
else:
    print('a和b的值不相同。')
if type(a)==type(b):
    print('两个对象的类型相同:{}。'.format(type(a)))
if isinstance(a,list):
    print('a是list类型。')

#输出结果为：
#a和b不是同一对象。
#a和b的值相同。
#两个对象的类型相同:<class 'list'>。
#a是list类型。

两个对象的类型本身就是一个对象，称为对象的类（class）。该对象是唯一定义的，对于给定类型的所有实例总是相同的。类通常特定名称(例如,list,int,dict等)，其用于创建相应实例、执行类型检查和类型提示。例如:

items=list()
item=123
if isinstance(items,list):
    items.append(item)

def removeall(items:list,item)->list:
    return [i for i in items if i!=item]

“子类型”（subtype）是由继承而定义的类型。它包含了原始类型/父类型的所有特性，外加新增的和/或重新定义的方法（OOP的抽象、封装、继承和多态等特性则会另行介绍）。为便于理解，这里通过继承简单定义了list的子类型并向其添加新方法，示例如下:

class myList(list):
    def removeAll(self,val):
        return [i for i in self if i!=val]

#简单应用
items=myList([5,8,2,7,2,13,9])
x=items.removeall(2)
print(x)#输出结果为：[5,8,7,13,9]
if isinstance(items,list):
    print(f'{type(items)}是list的子类。')#<class '__main__.myList'>是list的子类。

isinstance(instance,type)函数是根据类型检查值的首选方法，它可以识别子类型。它还可以检查许多可能的类型,如:

if isinstance(items,(list,tuple)):
    maxval=max(items)

最后提醒一下：类型检查通常没有你想象的那么有用。首先，过多的检查会影响性能。其次，程序并不总是定义符合良好类型层次结构的对象。例如，如果上面的isinstance(items,list)语句的目的是测试items是否为“类似列表”，那就不能用于具有与列表相同编程接口，但不直接继承内置列表类型的对象(例如来自collections模块的deque实例，虽然接口一样，但类型不一样，所以不能用统一模式写代码)。

概要总结

最后简单总结一下：基于Python编程中“一切则对象”的原则，简要介绍了对象相关的基本概念构成（类型、类、实例、属性、方法、标识、可变性等），以及对象的相关标识和比较方法。本篇就介绍这么些了，欢迎转发、留言，下次见。