python中类的意义

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mob6454cc719119 2024-07-22 16:33:09

文章标签 python中类的意义 ci 生成器实例化 文章分类 Python 后端开发

很多初学的小伙伴们，在学到“类”的时候，就开始烦迷糊了。“类”到底是个什么东西，是用来干嘛的？然后就疯狂百度搜索，搜出了很多。一看回答，很多都是在扯什么面向对象，还讲了一堆稀奇古怪的概念，看了反而更迷糊了。。

所以，我这篇文章，就是要带大家，用最简单、通俗、暴力的方式理解什么是类，类能干什么，怎么使用。

首先，我们要明白，既然python的作者设计了“类”这个东西，那肯定是在编程的时候有这种需求的。那我们什么时候需要用到类呢？当然，可以用到类的地方有很多很多。但如果大家还没有太多的代码经验，我就直接告诉你们答案了：如果多个函数需要反复使用同一组数据，使用类来处理，会很方便。

举个大家在中学都接触过的例子：解三角形。

我需要做一个模块，实现以下功能：输入三角形的三条边长a，b，c，然后计算并返回该三角形三个角的角度，以及该三角形的面积、周长。

你会说，这很简单啊，我们一般就这么做就行了，假如输入三角形的边长为6，7，8：

def ...:    # 参照公式把五个函数定义出来，就不详细写了
    ...
def ...:
    ...

# 然后调用定义好的函数，传入边长数据
angleA(6,7,8)  # 计算角A
->0.8127555613686607  # 注意返回值为弧度

angleB(6,7,8)  # 计算角B
->1.0107210205683146

angleC(6,7,8)  # 计算角C
->1.318116071652818

square(6,7,8)  # 计算面积
->20.33316256758894

circle(6,7,7)  # 计算周长，额，好像有个数字写错了
->20  # 计算结果当然也就错了

这不就搞定了嘛，把计算需要用到的五个函数依次定义出来，然后调就好了。但大家仔细观察一下，这样写有什么不太好的地方？相信大家都发现了，这是同一个三角形，每次计算角度、面积、周长的时候，都要把三条边的长度传进去，一方面这很麻烦，另一方面，万一有一个不小心写错了，那么那条结果当然也就错了啊。

我们根据三角形全等的条件可以知道，三角形的三条边确定了，那么它的三个角、面积、周长，也就都确定了。所以对于同一个三角形，最好只需要传一次数据就可以了。

这不也简单嘛，把它们都写在一个函数里不就得了：

def calculate(a,b,c):
    angleA = ...
    angleB = ...
    angleC = ...
    square = ...
    circle = ...
    return {'角A':angleA, '角B':angleB, '角C':angleC, '面积':square, '周长':circle}

result=calculate(6,7,8)

result['角A']
->0.8127555613686607

result['面积']
->20.33316256758894

好了，这不又搞定了，看起来没什么问题了吧。看起来当然没有问题了，但大家再仔细想一想，假如我只需要计算“角A”和“面积”，用上面的方法，也只返回了这两个结果，但实际上，那个函数在执行的时候，实际上把五个值都求了一遍。数量少还好，但数量多起来，效率肯定就要大受影响了。

这怎么办呢？聪明的你可能又想到了，在函数里加入第四个参数d，用来标记需要计算哪个，然后函数中插入if语句判断……

得，代码我也不想写了，原来很清晰的逻辑，非得糟蹋成这样。。

这又要使用简便，又要效率高，还要逻辑清晰，这可怎么办呢？我们了想又想，认为函数还是要分开来写的。但我们脑洞一下，最好有一个“大的东西”叫“三角形生成器”，把这些函数包括进来。使用的时候参数直接传给三角形生成器，然后三角形生成器会根据传入的边长生成一个个具体的三角形，生成的三角形除了具有输入进来的边长数据外，还可以自己计算自己的三个角、面积、周长。也就是，我们希望能够实现以下的效果：

# 定义一个“大的东西”，名字就叫triangle
...
...
# 一番神奇的操作，然后

tr1=triangle(6,7,8)  # 把三条边长传给这个大的东西，然后就生成一个三角形赋给tr1

在这行代码里，我们把边长数值传给了“三角形生成器”triangle()，生成了一个三角形，然后赋值给变量tr1。此时的tr1，就代表着边长为6，7，8的具体三角形。

然后，我们可以很方便地查看这个三角形三边的边长（也就是刚才传进来的数据）：

tr1.a
->6

tr1.b
->7

tr1.c
->8

计算并查看三个角的角度：

tr1.angleA()
->0.8127555613686607

tr1.angleB()
->1.0107210205683146

tr1.angleC()
->1.318116071652818

计算并查看它的面积与周长：

tr1.square()
->20.33316256758894

tr1.circle()
->21

又来了一个边长为8，9，10的三角形：

tr2=triangle(8,9,10)  # 生成另外一个三角形

计算这两个三角形的面积差：

tr2.square()-tr1.square()  # tr2是新生成的三角形，原来的tr1还在呢没删掉
->13.863876777945055

这种想法很大胆是不是？可应该怎么实现呢？这就要用到类了。

可大家在反思一下，这种想法真的很smart吗？在python中，万物皆对象，我们操作字符串、列表、字典、文件IO等内置对象的时候，用的方法，看起来不是一模一样吗。。只不过那个“三角形”是我们自创的而已。讲到这里，你也许已经明白了，类，其实就是提供了自定义对象的能力。

好了，不多讲了，我们把上面那个“一番神奇的操作”展开看看吧。

import math  # 计算反三角函数要用到
 
class triangle:  # 定义类：三角形生成器
    def __init__(self,a,b,c):  # 成员函数，声明需要与外部交互的参数（类的属性）
        self.a=a  # 先看着
        self.b=b  # 这几个东西是干嘛的后面会讲
        self.c=c

    def angleA(self):  # 计算函数（类的方法）
        agA=math.acos((self.b**2+self.c**2-self.a**2)/(2*self.b*self.c))
        return agA

    def angleB(self):  # 公式看不懂的回去翻课本去
        agB=math.acos((self.c**2+self.a**2-self.b**2)/(2*self.a*self.c))
        return agB

    def angleC(self):
        agC=math.acos((self.a**2+self.b**2-self.c**2)/(2*self.a*self.b))
        return agC

    def square(self):
        p=(self.a+self.b+self.c)/2
        s=math.sqrt(p*(p-self.a)*(p-self.b)*(p-self.c))
        return s

    def circle(self):
        cz=self.a+self.b+self.c
        return cz

其实也简单，就是先声明包含的参数，然后再写包含的函数就行了。具体的写法规则很多文档都有介绍，我就不多讲了。

用的时候也简单，既然类是自定级对象的规则，那我们就先传入数据，根据规则生成具体的对象（称之为实例化）：

tr1=triangle(6,7,8)

像这个，就是根据三角形的生成规则，传入的三条边长，生成的具体三角形，然后那些边长啊、角度啊、面积啊才会有意义。

print(tr1.a)
print(tr1.b)
print(tr1.c)
print(tr1.angleA())
print(tr1.angleB())
print(tr1.angleC())
print(tr1.square())
print(tr1.circle())

->
6
7
8
0.8127555613686607
1.0107210205683146
1.318116071652818
20.33316256758894
21
13.863876777945055

然后大家可能还有几个问题：

第一个函数def __init()__是干什么的？

就拿那个三角形来说，我们在生成三角形（实例化）的时候，需要给三角形生成器（类）传入三条边长。因此，这三条边长是对象要与外部交互的参数，同时也是不同的三角形（对象）各自相互区别的特征，我们称之为对象的属性。这需要在类里面做声明，并由init()函数统一接管这些属性。

既然是与外部交互的参数，在传入参数实例化后，不仅可以查看，也可以修改：