第3章 类与模块
3.1 类 和 对 象
Python采用了面向对象程序设计的思想，以类和对象为基础，将数据和操作封装成一个类，通过类的对象进行数据操作。
3.1.1 类的格式与创建对象
1．类的一般形式
类由类声明和类体组成，而类体又由成员变量和成员方法组成，其一般形式如下：
class 类名：
成员变量
def 成员方法名(self)
在类声明中，class是声明类的关键字，表示类声明的开始，类声明后面跟着类名，按习惯类名要用大写字母开头，并且类名不能用阿拉伯数字开头。
在类体中定义的成员方法与在类外定义的函数一般形式是相同的。也就是说，通常把定义在类体中的函数称为方法。
类中的self在调用时代表类的实例，与C++或Java中的this作用类似。
2．创建类的对象
类在使用时，必须创建类的对象，再通过类的对象来操作类中的成员变量和成员方法。
创建类对象的格式为：
对象名 = 类名()
3．调用类的成员方法
调用类的成员方法时，需要通过类对象调用，其调用格式如下：
对象名.方法名(self)
【例3.1】 编写一个计算两数之和的类。
class Myclass:
def sum(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
return self.x + self.y
obj = Myclass()
s = obj.sum(3, 5)
print('s =',s)
在程序的类定义中，方法sum(self,x,y)的参数self代表类对象自身，self.x = x 即把赋值语句右边的参数x值赋值给左边类成员变量x。为了区分参数及成员变量，在成员变量x前面添加self。
程序运行结果如下：
s = 8
4．类的公有成员和私有成员
在Python程序中定义的成员变量和方法默认都是公有成员，类之外的任何代码都可以随意访问这些成员。如果在成员变量和方法名之前加上两个下画线“_ _”作前缀，则该变量或方法就是类的私有成员。私有成员只能在类的内部调用，类外的任何代码都无法访问这些成员。
【例3.2】 私有成员示例。
class testPrivate:
def _ _init_ _(self, x, y):
self._ _x = x
self._ _y = y
def add(self):
self._ _s = self._ _x + self._ _y
return self._ _s
def printData(self):
print (self._ _s)
t = testPrivate(3, 5) # 创建类对象
s = t.add()
t.printData()
print('s = ',s)
程序运行结果如下：
8
s = 8
5．类的构造方法
在Python中，类的构造方法为 _ _init_ _( )，其中方法名开始和结束的下画线是双下画线。构造方法属于对象，每个对象都有自己的构造方法。
如果一个类在程序中没有定义_ _init_ _( )方法，则系统会自动建立一个方法体为空的 _ _init_ _( )方法。
如果一个类的构造方法带有参数，则在创建类对象时需要赋实参给对象。
在程序运行时，构造方法在创建对象时由系统自动调用，不需要用调用方法的语句显式调用。
【例3.3】 设计一个员工类Person。该类有Name（姓名）和Age（年龄）两个变量，可以从键盘输入员工姓名、年龄等信息。
程序代码如下：
class Person:
def _ _init_ _(self, Name, Age):
self.name = Name
self.age = Age
def main(self):
print(self.name)
print(self.age)
name = input('input name:')
age = input('input age:')
p = Person(name，age)
p.main() # 调用类体中的方法
程序运行结果如下：
input name: sundy
input age: 22
sundy
22
6．析构方法
在Python中，析构方法为 _ _del_ _ ( )，其中开始和结束的下画线是双下画线。析构方法用于释放对象所占用的资源，在Python系统销毁对象之前自动执行。析构方法属于对象，每个对象都有自己的析构方法。如果类中没有定义_ _del_ _( )方法，则系统会自动提供默认的析构方法。
【例3.4】 析构方法示例。
程序代码如下：
class Mood:
def _ _init_ _(self,x):
self.x=x
print('产生对象',x)
def _ _del_ _(self):
print('销毁对象', self.x)
f1 = Mood(1)
f2 = Mood(2)
del f1
del f2
程序运行结果如下：
产生对象1
产生对象2
销毁对象1
销毁对象2
3.1.2 类的继承
类的继承是为代码复用而设计的，是面向对象程序设计的重要特征之一。当设计一个新类时，如果可以继承一个已有的类，无疑会大幅度减少开发工作量。
在继承关系中，已有的类称为父类或基类，新设计的类称为子类或派生类。派生类可以继承父类的公有成员，但不能继承其私有成员。
在继承中，父类的构造方法_ _init_ _( )不会自动调用，如果在子类中需要调用父类的方法，可以使用内置函数super()或通过“父类名.方法名( )”的方式实现。
1．类的单继承
类的单继承的一般形式为：
class 子类名(父类名)：
子类的类体语句
【例3.5】 定义一个父类Person，再定义一个子类Sunny继承Person，并在子类中调用父类的方法。
程序代码如下：
class Person:
def _ _init_ _(self, Name, Age):
self.name = Name
self.age = Age
def main(self):
print('姓名:', self.name)
print('年龄:', self.age)
class Sunny(Person):
def _ _init_ _(self, name, age, score):
super(sunny, self)._ _init_ _(name, age)
self.score = score
def prn(self):
Person.main(self)
print('成绩:', self.score)
name = input('请输入姓名: ')
age = input('请输入年龄: ')
score = input('请输入成绩: ')
s = Sunny(name,age, score) # 实例化子类对象
s.prn() # 调用子类的方法
程序运行结果如下：
请输入姓名: 张大山
请输入年龄: 22
请输入成绩： 88
姓名： 张大山
年龄： 22
成绩： 88
2．类的多继承
Python支持多继承，多继承的一般形式为：
class 子类名(父类名1,父类名2, …, 父类名n)：
子类的类体语句
Python在多继承时，如果这些父类中有相同的方法名，而在子类中使用时没有指定父类名，则Python系统将从左往右按顺序搜索。
【例3.6】 多继承示例。
程序代码如下：
class A:
def _?_init_?_(self):
self.one="第一个父类"
class B:
def _?_init_?_(self):
self.two="第二个父类"
class C(A,B):
def _?_init_?_(self):
A._?_init_?_(self)
B._?_init_?_(self)
def prn(self):
print(self.one, '\n', self.two)
subc=C()
subc.prn()
程序运行结果如下：
第一个父类
第二个父类
3.1.3 运算符重载
Python语言提供了运算符重载功能，大大增强了语言的灵活性。运算符重载就是重新定义运算法则。在Python中，重载加法运算使用_?_add_?_()方法定义运算法则，重载减法运算使用_?_sub_?_()方法运算法则。
【例3.7】 设有两个二维元组：（7，10）和（5，?2），它们的加法运算法则为对应元素相加。它们的减法运算法则为对应元素相减。编写程序，计算这两个元组相加、相减的值。
程序代码如下：
class Vector:
def _?_init_?_(self, a, b):
self.a = a
self.b = b
def _?_str_?_(self):
return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
def _?_add_?_(self,other):
return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)
def _?_sub_?_(self,other):
return Vector(self.a - other.a, self.b - other.b)
v1 = Vector(7,10)
v2 = Vector(5,-2)
print(v1 + v2)
print(v1 - v2)
程序运行结果如下：
Vector(12, 8)
Vector(2, 12)
3.2 模 块
一个较大型的程序通常都是由许多功能函数或类组成的，为了方便程序开发团队分工协作，可以将所建的函数或类保存为模块（module）形式的独立文件，未来可以供其他程序调用。模块的扩展名为py。
3.2.1 函数模块及函数模块的导入
1. 建立函数模块
在Python中，每个包含有函数的Python文件都可以作为一个模块来使用，其模块名就是文件名。
【例3.8】 创建函数模块示例。
设有Python文件hello.py，其中包含hh()函数，代码如下：
def hh():
str="你好, Python！"
return str
这样，就建立了一个名为hello的模块，其中的hh()函数可以供其他程序调用。
2. 模块的导入
在Python中用关键字import来导入某个模块，其导入模块的形式有两种。
1）用import形式导入模块中的所有函数
用import导入模块的一般形式为：
import 模块名
比如要引用例3.8中的模块hello，就可以在文件最开始的地方用
import hello
语句来导入。
在调用import导入模块的函数时，必须使用以下形式来调用：
模块名.函数名
例如，调用hello模块中的hh()函数。
import hello
s = hello.hh()
print(s)
2）用 from…import…形式导入模块中指定的函数或变量
用 from…import…导入模块的一般形式为：
from 模块名 import 函数名或变量名
比如要引用模块math中的sqrt()函数，可以用
from math import sqrt()
语句来导入。
在调用from…import…导入模块的函数时，直接使用函数名来调用模块中的函数，而不需要在函数的前面加上模块名。
【例3.9】 编写一个计算两数之和的模块，再在另一个程序中调用该模块。
（1）编写模块代码，其中包含有计算两数之和的函数sum()，保存为ex3_9_1.py。
def sum(n1, n2):
s = n1 + n2
return s
（2）编写调用模块程序ex3_9_2.py，其代码如下：
import ex3_9_1
ss = ex3_9_1.sum(3, 5)
print("3 + 5 =",ss)
程序ex3_9_2.py的运行结果为：
3 + 5 = 8
3.2.2 类模块
类模块与函数模块类似，将类保存为独立的Python文件，其他程序则通过导入模块语句，调用模块中的类。
1. 用 from…import…形式导入类模块
导入类模块的语法格式与导入函数模块的语法格式相同，它的语法如下：
from 模块名 import 类名
【例3.10】 设有一个包含银行类的模块，编写程序调用该模块。
（1）编写模块代码，其中包含有银行储户信息类，保存为ex3_10_Banks.py。
# 包含银行储户信息类的模块
class Banks():
def __init__(self, cname): # 初始化
self.__name = cname # 储户姓名
self.__amount = 0 # 储户总金额
def save_money(self, money): # 存款操作
self.__amount += money # 增加总金额
print("存款", money, "元，目前余额：", self.__amount) # 显示存款信息
def get_money(self, money): # 取款操作
self.__amount -= money # 减少总金额
print("取款", money, "元，目前余额：", self.__amount) # 显示存款信息
（2）编写调用模块程序ex3_10_2.py，其代码如下：
from ex3_10_banks import Banks # 导入模块中的Banks类
zdsbank = Banks("张大山") # 声明Banks类对象
zdsbank.save_money(8000) # 存款为8000元
程序ex3_10_2.py的运行结果为：
存款8000元，目前余额： 8000
2. 用import形式导入类模块
与用import导入函数模块的形式相同，也可以使用如下语法格式导入类模块：
import 模块名
比如要引用例3.10的类模块ex3_10_banks，就可以在文件最开始的地方用
import ex3_10_banks
语句来导入。
在调用import导入模块的类时，必须使用以下形式来调用：
模块名.类名
例如，编写用import导入类模块ex3_10_banks的程序ex3_10_3.py，其代码如下：
import ex3_10_banks # 导入ex3_10_banks模块
zdsbank = ex3_10_banks.Banks("张大山") # 声明Banks类对象
zdsbank.save_money(8000) # 存款为8000元
程序ex3_10_3.py的运行结果为：
存款8000元，目前余额： 8000
3.2.3 常用标准库模块及导入模块的顺序
1. 常用标准库模块
Python系统的标准库中定义了很多模块, 从 Python 语言自身特定的类型和声明, 到一些只用于少数程序的不著名的模块，林林总总有200多个。
表3.1 列出了一些常用的标准库模块。
表3.1 一些常用的标准库模块
模块分类
模块名称
说 明
核心模块
os模块
os模块中的大部分函数通过对应平台相关模块实现,其常用方法有open()、file()、listdir()、system()等函数
sys模块
sys模块用于处理 Python 运行时环境。例如，退出系统时，使用命令：sys.exit(1)
time模块
math 模块实现了许多对浮点数的数学运算函数。例如，使用math模块的sqrt()函数进行开平方根的运算线程与进程模块
threading 模块
threading 模块为线程提供了一个高级接口, 只需要继承 Thread 类, 定义好 run()方法, 就可以创建一个新的线程
queue 模块
queue 模块提供了一个线程安全的队列 (queue) 实现。通过它可以在多个线程里安全地访问同一个对象
续表
模块分类
模块名称
说 明
网络协议
模块
socket 模块
socket 模块实现了网络数据传输层的接口，使用该模块可以创建客户端或是服务器的套接字Socket通信
socketserver 模块
socketserver 为各种基于Socket套接字的服务器提供了一个框架，该模块提供了大量的类对象，可以用它们来创建不同的服务器
urllib 模块
urllib 模块为HTTP、FTP以及Gopher 提供了一个统一的客户端接口，它会自动地根据 URL 选择合适的协议处理器
httplib 模块
httplib 模块提供了一个HTTP客户端接口
webbrowser 模块
webbrowser模块提供了一个到系统标准Web浏览器的接口。它提供了一个open()方法, 接收文件名或URL作为参数, 然后在浏览器中打开它
2. 导入模块的顺序
当设计的程序需要导入多个模块时，应按照下面的顺序依次导入模块：
（1）导入 Python系统的标准库模块，如os、sys等；
（2）导入第三方扩展库模块，如pygame、mp3play等；
（3）导入自己定义和开发的本地模块。
3.2.4 使用pip安装和管理扩展模块
1．安装pip
Python安装第三方的模块，大多使用包管理工具pip进行安装。Python包管理工具pip提供了对 Python 包的查找、下载、安装、卸载的功能。
pip 下载地址为https://pypi.python.org/pypi/pip#downloads。选择 pip-9.0.1.tar.gz 文件进行下载。
下载完成后，将解压的文件保存到一个文件夹，使用控制台命令窗口进入解压目录，输入安装命令：
python setup.py install
pip安装完后还需要配置环境变量，这样pip指令才能生效。找到Python安装路径下的scripts 目录，复制该路径。例如：
C:\Users\pandap\AppData\Local\Programs\Python\Python36-32\Scripts
将其添加到系统环境变量path中。
2．通过 pip 安装扩展模块
当前，pip已经成为管理Python扩展模块的主要方式。常用pip命令如表3.2所示。
表3.2 常用pip命令
pip命令
说明
pip命令
说明
install
安装模块
list
列出已安装模块
download
下载模块
show
显示模块详细信息.
uninstall
卸载模块
search
搜索模块
freeze
按着一定格式输出已安装模块列表
help
帮助
例如：
（1）安装MySQL数据库管理模块：
pip install pymysql
（2）安装图形处理库模块：
pip install pillow
（3）安装SomePackage模块：
pip install SomePackage
（4）卸载SomePackage模块：
pip uninstall SomePackage
（5）查看当前已经安装的模块：
pip list
查看当前已经安装的模块命令运行结果如图3.1所示。
图3.1 查看已经安装的模块
3.2.5 使用Anaconda安装和管理扩展模块
Anaconda是由Python管理的开源数据科学平台，其中包含了180个科学计算模块及其依赖项，可以用它来安装和管理扩展模块。
1. 下载和安装Anaconda
1）下载Anaconda安装包
Anaconda安装包的下载地址为https://www.anaconda.com，该网站提供了Python 2.7和Python 3.7两个版本的安装程序，这里选择安装Python 3.7版。
2）安装Anaconda
Anaconda的安装比较简单，双击安装包后，按安装向导的指引即可以完成安装。
3）配置环境变量
完成Anaconda的安装后还需要配置环境变量，Anaconda才能有效使用。其配置方法与pip的配置方法相同，在系统的环境变量path中，添加Anaconda安装路径下的 scripts 目录。
2. 通过Anaconda 安装扩展模块
运行Anaconda ，打开Anaconda Navigator窗口，在主界面左边的导航栏中选择Environments选项，在右边下拉列表框中选择All选项，搜索并勾选相应的安装包，然后单击Apply按钮安装模块，如图3.2所示。
图3.2 通过Anaconda安装模块
3.3 案 例 精 选
【例3.11】 设计一个学生类。这个学生类中包含学生的学号、姓名和成绩。计算3名学生的平均成绩。
程序代码如下：
class Student:
def _ _init_ _(self, sid, name, scro):
self.sid = sid
self.name = name
self.scro = scro
def cot(self):
return self.scro
def prnid(self):
print('学号:',self.sid, '姓名:',self.name, '成绩:',self.scro)
stu1 = Student('a1001','张大山',92)
stu2 = Student('a1002','李晓丽',82)
stu3 = Student('a1003','赵志勇',97)
stu1.prnid()
stu2.prnid()
stu3.prnid()
s = stu1.cot() + stu2.cot() + stu3.cot()
print('平均成绩：',int(s/3))
程序运行结果如下：
学号: a1001 姓名: 张大山 成绩: 92
学号: a1002 姓名: 李晓丽 成绩: 82
学号: a1003 姓名: 赵志勇 成绩: 97
平均成绩： 90
【例3.12】 设计一个学生类。这个学生类中包含学生的学号、姓名和成绩，并能根据学生人数计算平均成绩。
程序代码如下：
class Student:
def _ _init_ _(self):
self.s = 0
self.count = 0
def cot(self):
return self.s/self.count
def prnid(self, data):
for i in data:
self.sid = i['sid']
self.name = i['name']
self.scro = i['scro']
self.s = self.s + self.scro
print('学号:',self.sid, '姓名:',self.name, '成绩:',self.scro)
self.count += 1
data = [{'sid':'a1001','name':'张大山','scro':92},
{'sid':'a1002','name':'李晓丽','scro':82},
{'sid':'a1003','name':'赵志勇','scro':97}]
stu = Student()
stu.prnid(data)
s = stu.cot()
print('平均成绩：',int(s))
程序运行结果如下：
学号: a1001 姓名: 张大山 成绩: 92
学号: a1002 姓名: 李晓丽 成绩: 82
学号: a1003 姓名: 赵志勇 成绩: 97
平均成绩： 90
习 题 3
1．编写一个具有加、减、乘、除功能的模块，然后通过导入另一个程序中调用。
2．设计一个商品类，该类有商品编号、品名、价格、数量。应用该类，统计3种商品的总金额。