python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之面向?qū)ο?/h1>

 更新時(shí)間：2022年01月25日 10:12:27   作者：柳小蔥  

這篇文章主要介紹了python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之面向?qū)ο?，在python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的上一章節(jié)我們講述了python的輸入輸出控制異常，希望大家重點(diǎn)掌握輸出和控制，這些都是比較簡(jiǎn)單的啦，多看看就好了，接下來(lái)我們要講的是python面向?qū)ο?需要的朋友可以參考一下

目錄

• 1. 面向?qū)ο缶幊?/a>
• 2. 構(gòu)建類(lèi)
• 3. 繼承
• 3.1 繼承案例

前文學(xué)習(xí)：

python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)類(lèi)型.
python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸入輸出及控制和異常.

今天我們來(lái)學(xué)習(xí)面向?qū)ο缶幊蹋嫦驅(qū)ο筮@種編程方式非常重要，我們以后學(xué)習(xí)到的棧、隊(duì)列、鏈表都是通過(guò)面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)的。

1. 面向?qū)ο缶幊?/h2>

定義：面向?qū)ο笫前凑杖藗兛陀^世界的系統(tǒng)思維方式，采用基于對(duì)象（實(shí)體）的概念建立模型 ，模擬客觀世界分析，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件的辦法。通過(guò)面向?qū)ο蟮睦砟钍褂?jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)能與現(xiàn)實(shí)世界中的系統(tǒng)的一一對(duì)應(yīng)。

聽(tīng)到這很多同學(xué)應(yīng)該會(huì)很蒙，我解釋一下幾個(gè)關(guān)鍵詞的概念：

• 對(duì)象：一切事物都可以是對(duì)象，更準(zhǔn)確的說(shuō)，對(duì)象是一個(gè)實(shí)體，用一組可識(shí)別的特征和行為來(lái)標(biāo)識(shí)，可以說(shuō)對(duì)象不同的地方就是具有不同的特征與行為。
• 類(lèi)：是具有相同屬性和功能的對(duì)象抽象集合

實(shí)例：就是創(chuàng)建具體對(duì)象的過(guò)程
舉一個(gè)面向?qū)ο蟮睦樱何覀冃枰煲惠v車(chē)，我們可能并不需要知道車(chē)的原理，我們只需要找到車(chē)的輪子，車(chē)的車(chē)架，車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，然后將它們拼裝在一起即可。

在前面我們已經(jīng)使用了一些內(nèi)建的類(lèi)來(lái)展示數(shù)據(jù)和控制結(jié)構(gòu)的例子。面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言最強(qiáng)大的一項(xiàng)特性是允許程序員(問(wèn)題求解者) 創(chuàng)建全新的類(lèi)來(lái)對(duì)求解問(wèn)題所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。

我們之前使用了抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的狀態(tài)及行為進(jìn)行邏輯描述。通過(guò)構(gòu)建能實(shí)現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的類(lèi)，可以利用抽象過(guò)程，同時(shí)為真正在程序中運(yùn)用抽象提供必要的細(xì)節(jié)。每當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型時(shí)，就可以創(chuàng)建新類(lèi)。

2. 構(gòu)建類(lèi)

我們來(lái)構(gòu)建一個(gè)分?jǐn)?shù)類(lèi)fraction類(lèi)：

你這不能用除法？其實(shí)是可以，但是除法的方式python已經(jīng)有自己的類(lèi)了，我這里需要自己創(chuàng)建一個(gè)分?jǐn)?shù)類(lèi)。

所有類(lèi)都應(yīng)該首先提供構(gòu)造方法。構(gòu)造方法定義了數(shù)據(jù)對(duì)象的創(chuàng)建方式。要?jiǎng)?chuàng)建 Fraction 類(lèi)的實(shí)例，必須調(diào)用構(gòu)造方法，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) Fraction 對(duì)象，需要提供分子和分母兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。

class fraction: #定義一個(gè)類(lèi)
    def __init__(self,top,bottom):#定義構(gòu)造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom

這里解釋一下，self 是一個(gè)總是指向?qū)ο蟊旧淼奶厥鈪?shù)，它必須是第一 個(gè)形式參數(shù)。然而，在調(diào)用方法時(shí)，從來(lái)不需要提供相應(yīng)的實(shí)際參數(shù)。如前所述，分?jǐn)?shù)需要分子與分母兩部分狀態(tài)數(shù)據(jù)。構(gòu)造方法中的 self.num 定義了 Fraction 對(duì)象有一個(gè)叫作 num 的內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象作為其狀態(tài)的一部分。同理，self.den 定義了分母。這兩個(gè)實(shí)際參數(shù)的值在初始時(shí)，賦給了狀態(tài)，使得新創(chuàng)建的 Fraction 對(duì)象能夠知道其初始值。

class fraction: #定義一個(gè)類(lèi)
    def __init__(self,top,bottom):#定義構(gòu)造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom
        
myfraction = fraction(3,5)#使用類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。

我們可以用下面這個(gè)圖來(lái)描述，我們構(gòu)造類(lèi)一個(gè)類(lèi)，然后通過(guò)類(lèi)創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象。

一般情況下，我們定義了一個(gè)類(lèi)，里面會(huì)有這個(gè)類(lèi)的一些方法，例如，我要查看這個(gè)分?jǐn)?shù)對(duì)象的樣子，我要計(jì)算這中類(lèi)型的分?jǐn)?shù)，等等方法，這些都需要我們?nèi)ザx。

class fraction: #定義一個(gè)類(lèi)
    def __init__(self,top,bottom):#定義構(gòu)造方法 __init__
        self.num=top
        self.den=bottom
        
    def show(self): #定義輸出方法
        print(self.num,"/",self.den)
        
    def add(self,otherf): #定義分?jǐn)?shù)加法
        bot=otherf.den * self.den
        top=self.num * otherf.den +self.den * otherf.num
        print(top,"/",bot)

#定義兩個(gè)分?jǐn)?shù)
myfraction=fraction(9,16)
a=fraction(1,16) 

#試試加法
myfraction.add(a)

結(jié)果如下：

這里我們放上我們寫(xiě)好的分?jǐn)?shù)類(lèi)定義方法。

class Fraction:
    def __init__(self, top, bottom):
        self.num = top
        self.den = bottom
    def __str__(self):
        return str(self.num) + "/" + str(self.den)

    def show(self):        
        print(self.num, "/", self.den)

    def __add__(self, otherfraction): #加法 ，可以用+
        newnum = self.num * otherfraction.den + self.den * otherfraction.num
        newden = self.den * otherfraction.den
        common = gcd(newnum, newden)
        return Fraction(newnum//common, newden//common)

    def __eq__(self, other): #深相等，值相等就相等
        firstnum = self.num * other.den
        secondnum = other.num * self.den
        return firstnum == secondnum

3. 繼承

繼承是面向?qū)ο缶幊痰囊粋€(gè)重要特征：使一個(gè)類(lèi)與另一個(gè)類(lèi)相關(guān)聯(lián)，就像人們相互聯(lián)系一樣。孩子從父母那里繼承了特征，python的子類(lèi)可以從父類(lèi)那繼承數(shù)據(jù)和行為，父類(lèi)也稱(chēng)為超類(lèi)。

就拿我們前面學(xué)習(xí)過(guò)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)舉例。

列表、字符串和元組都是有序集合。它們都繼承了共同的數(shù)據(jù)組織和操作。不過(guò)，根據(jù)數(shù)據(jù)是否同類(lèi)以及集合是否可修改，它們彼此又有區(qū)別。子類(lèi)從父類(lèi)繼承共同的特征，但是通過(guò)額外的特征彼此區(qū)分。

3.1 繼承案例

我們這里通過(guò)一個(gè)小的案例來(lái)實(shí)現(xiàn)繼承的案例，我們來(lái)構(gòu)建一個(gè)模擬程序，用于模擬數(shù)字電路。邏輯門(mén)是這個(gè)模擬程序的基本構(gòu)造單元，它們代表其輸入和輸出之間的布爾代數(shù)關(guān)系。

通過(guò)不同的模式將這些邏輯門(mén)組合起來(lái)并提供一系列輸入值，可以構(gòu)建具有邏輯功能的電 路。圖 1-10 展示了一個(gè)包含兩個(gè)與門(mén)、一個(gè)或門(mén)和一個(gè)非門(mén)的電路。兩個(gè)與門(mén)的輸出直接作為 輸入傳給或門(mén)，然后其輸出又輸入給非門(mén)。如果在 4 個(gè)輸入處(每個(gè)與門(mén)有兩個(gè)輸入)提供一系列值，那么非門(mén)就會(huì)輸出結(jié)果。

為了實(shí)現(xiàn)電路，首先需要構(gòu)建邏輯門(mén)的表示?？梢暂p松地將邏輯門(mén)組織成類(lèi)的繼承層次結(jié)構(gòu)， 如圖所示。頂部的 LogicGate 類(lèi)代表邏輯門(mén)的通用特性:邏輯門(mén)的標(biāo)簽和一個(gè)輸出。下面 一層子類(lèi)將邏輯門(mén)分成兩種:有一個(gè)輸入的邏輯門(mén)和有兩個(gè)輸入的邏輯門(mén)。再往下，就是具體的邏輯門(mén)。

首先定義父類(lèi)LogicGate

class LogicGate:
    def __init__(self, n):#構(gòu)造函數(shù)，label代表的是自己的名字
        self.label = n
        self.output = None
    def getLabel(self):#輸出名字的函數(shù)
        return self.label
    def getOutput(self):#輸出的結(jié)果
        self.output = self.performGateLogic() 
        return self.output

目前還不用實(shí)現(xiàn) performGateLogic 函數(shù)。原因在于，我們不知道每一種邏輯門(mén)將如何進(jìn) 行自己的邏輯運(yùn)算。這些細(xì)節(jié)會(huì)交由繼承層次結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)邏輯門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是一種在面向?qū)ο缶幊讨蟹浅?qiáng)大的思想——我們創(chuàng)建了一個(gè)方法，而其代碼還不存在。參數(shù) self 是指向?qū)嶋H調(diào)用方法的邏輯門(mén)對(duì)象的引用。任何添加到繼承層次結(jié)構(gòu)中的新邏輯門(mén)都僅需要實(shí)現(xiàn)之后會(huì)被調(diào)用的 performGateLogic 函數(shù)。一旦實(shí)現(xiàn)完成，邏輯門(mén)就可以提供運(yùn)算結(jié)果。擴(kuò)展已有的繼承層次結(jié)構(gòu)并提供使用新類(lèi)所需的特定函數(shù)，這種能力對(duì)于重用代碼來(lái)說(shuō)非常重要。

定義子類(lèi)BinaryGate類(lèi)、UnaryGate類(lèi)

兩個(gè)類(lèi)中的構(gòu)造方法首先使用 super 函數(shù) 來(lái)調(diào)用其父類(lèi)的構(gòu)造方法。當(dāng)創(chuàng)建 BinaryGate 類(lèi)的實(shí)例時(shí)，首先要初始化所有從LogicGate 中繼承來(lái)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，在這里就是邏輯門(mén)的標(biāo)簽。接著，構(gòu)造方法添加兩個(gè)輸入(pinA 和 pinB)。 這是在構(gòu)建類(lèi)繼承層次結(jié)構(gòu)時(shí)常用的模式。子類(lèi)的構(gòu)造方法需要先調(diào)用父類(lèi)的構(gòu)造方法，然后再 初始化自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)。

BinaryGate類(lèi)主要是與門(mén)和或門(mén)（有兩個(gè)輸入）

class BinaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類(lèi)的構(gòu)造方法
        self.pinA = None #添加自己的參數(shù)
        self.pinB = None
            
    def getPinA(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin A input for gate "+self.getLabel() + "-->"))

    def getPinB(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin B input for gate "+self.getLabel() + "-->"))

UnaryGate類(lèi)主要是非門(mén)（只有一個(gè)輸入）。

class UnaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類(lèi)的構(gòu)造方法
        self.pin = None#添加自己的參數(shù)
    def getPin(self):#自己的方法
        return int(input("Enter Pin input for gate " + self.getLabel() + "-->"))

構(gòu)造孫類(lèi)（與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)）

與門(mén) AndGate類(lèi)

#構(gòu)造與門(mén)
class AndGate(BinaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類(lèi)方法
    def performGateLogic(self):#自己的運(yùn)算邏輯
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a==1 and b==1:
            return 1
        else:
            return 0

或門(mén) OrGate

class OrGate(BinaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)#繼承父類(lèi)方法
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a==1 or b==1:
            return 1
        else:
            return 0

非門(mén) NotGate

class NotGate(UnaryGate): 
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPin()
        if a==1:
            return 0
        else:
            return 1

測(cè)試一下結(jié)果：

與門(mén)

或門(mén)

非門(mén)

參考資料：

• 《python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》
• 《大話(huà)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》

到此這篇關(guān)于python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之面向?qū)ο蟮奈恼戮徒榻B到這了,更多相關(guān)python面向?qū)ο髢?nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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