在現(xiàn)代編程世界中，面向?qū)ο缶幊?OOP)語言在改變軟件開發(fā)中的設計和實現(xiàn)模式方面發(fā)揮了進化作用。作為OOP家族的重要成員，Python在過去10年左右逐漸流行起來。與其他OOP語言一樣，Python圍繞大量不同的對象操作其數(shù)據(jù)，包括模塊、類和函數(shù)。

如果您有任何OOP語言的編程經(jīng)驗，您應該知道所有對象都有其內(nèi)部特征數(shù)據(jù)，稱為字段、屬性或?qū)傩?。在Python中，這些對象綁定的特征數(shù)據(jù)通常稱為屬性。在本文中，我將特別在自定義類的上下文中討論它們。

1. 類屬性

為了更好地管理項目中的數(shù)據(jù)，我們經(jīng)常需要創(chuàng)建自定義類。在Python中，類也是對象，這意味著它們可以有自己的屬性。讓我們看一個例子。

>>> class Dog: 
...     genus = "Canis" 
...     family = "Canidae" 
... 
>>> Dog.genus 
'Canis' 
>>> Dog.family 
'Canidae' 
>>> dir(Dog) 
['__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__',  
 'family', 'genus'] 

如上所示，我們聲明了一個名為Dog的類。因為所有的狗都屬于犬類屬和犬科家族，所以我們創(chuàng)建了兩個類屬性，分別命名為屬和科來存儲這兩條信息。如您所見，我們可以直接使用類來訪問這些屬性。我們可以使用函數(shù)dir來顯示狗的屬性列表，其中包括家族和屬。

這些定義為類級別的屬性稱為類屬性，類可以直接檢索它們。但是，與其他OOP語言不同，Python中的實例對象也可以直接訪問這些類屬性，如下面的代碼片段所示。

>>> Dog().genus 
'Canis' 
'>>> Dog().family 
'Canidae' 

2. 實例屬性

通過自定義類，我們還可以為實例對象設置屬性。這些屬性稱為實例屬性，這意味著它們是特定于實例的數(shù)據(jù)。讓我們繼續(xù)狗類。

>>> class Dog: 
...     genus = "Canis" 
...     family = "Canidae" 
... 
...     def __init__(self, breed, name): 
...         self.breed = breed 
...         self.name = name 
... 

在上面的代碼中，我們定義了__init__函數(shù)，它將作為創(chuàng)建一個新的Dog實例的構(gòu)造方法。第一個參數(shù)self引用了我們正在創(chuàng)建的實例。在實例化期間(即創(chuàng)建新實例)，我們將為新實例對象分配品種和名稱信息，這些屬性將成為實例特征的一部分，如下所示。

>>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
>>> dog.name 
'Ada' 
>>> dog.breed 
'Rottweiler' 

需要注意的一點是，我們可以為具有與class屬性相同的屬性的實例賦值。在這種情況下，當您檢索實例的這個屬性時，將不會檢索class屬性。換句話說，當您使用一個實例對象來檢索class屬性時，Python將首先檢查實例本身是否有一個用相同名稱設置的屬性。如果沒有，Python將使用class屬性作為回退。此外，設置一個實例的屬性不會影響同名類的屬性。讓我們在下面的代碼片段中看看這些特征。

>>> dog.genus = "Felis" 
>>> dog.genus 
'Felis' 
>>> Dog('Poodle', 'Cutie').genus 
'Canis' 

3. 函數(shù)作為屬性

在Python中，一切都是對象，前面我已經(jīng)提到類是對象。此外，函數(shù)是Python對象。在類中，我們可以定義函數(shù)，通常稱為方法。根據(jù)使用這些函數(shù)的方式，我們可以將它們進一步分類為類方法、靜態(tài)方法和實例方法。在這里，理解這些差異并不是必須的。

盡管某些OOP語言將屬性(或?qū)傩?和函數(shù)視為不同的實體，但Python將這些方法(函數(shù))視為類的屬性——與我們前面定義的類屬性沒有太大區(qū)別。讓我們用上面提到的三種方法來更新Dog類:類方法、靜態(tài)方法和實例方法，如下所示。

>>> class Dog: 
...     genus = "Canis" 
...     family = "Canidae" 
... 
...     def __init__(self, breed, name): 
...         self.breed = breed 
...         self.name = name 
... 
...     @classmethod 
...     def from_tag(cls, tag_info): 
...         breed = tag_info["breed"] 
...         name = tag_info["name"] 
...         return cls(breed, name) 
... 
...     @staticmethod 
...     def can_bark(): 
...         print("Yes. All dogs can bark.") 
... 
...     def bark(self): 
...         print("The dog is barking.") 
... 

對于更新后的類，我們可以使用函數(shù)dir檢查類的屬性列表。如下所示，類方法和靜態(tài)方法都包含在列表中。

>>> dir(Dog) 
['__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__',  
'bark', 'can_bark', 'family', 'from_tag', 'genus'] 

然而，有一件事可能會讓一些人感到驚訝，那就是該列表中包含了實例方法bark。我們知道，實例方法是那些由實例對象調(diào)用的函數(shù)，因此有些人可能認為這些實例方法應該綁定到所有單獨的實例。然而，在Python中卻不是這樣。在解釋實例方法如何工作之前，讓我們先看看下面的代碼。

>>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
>>> dog.bark() 
The dog is barking. 
>>> Dog.bark(dog) 
The dog is barking. 

如上所示，我們首先創(chuàng)建了Dog類的一個實例。與其他OOP語言一樣，實例對象可以直接調(diào)用實例方法bark。然而，Python與其他語言的不同之處在于，實例方法的調(diào)用是通過類來操作的，通過傳遞實例作為參數(shù)來調(diào)用定義的函數(shù)(即，dog .bark(dog))。換句話說，instance.inst_method()在本質(zhì)上與Python中的Class.inst_method(instance)相同。

之所以可以這樣做，是因為Dog類“擁有”實例方法，這是一種節(jié)省內(nèi)存的機制，因為Python不需要為每個實例對象創(chuàng)建單獨的函數(shù)副本。相反，當一個實例調(diào)用一個實例方法時，Python將調(diào)用委托給類，該類將通過傳遞實例調(diào)用相應的函數(shù)(它將被設置為已定義函數(shù)中的self參數(shù))。

4. 私有屬性

如果您有OOP的經(jīng)驗，就不應該不熟悉訪問修飾符的存在，比如public、private和protected。這些修飾符限制了可以訪問修改的屬性和函數(shù)的范圍。然而，您很少在Python中聽到這樣的討論。實際上，如果借用OOP中的術(shù)語，所有Python屬性都是公共的。如上所示，在類和實例可以訪問的地方，類和實例屬性都可以自由訪問。因此，嚴格地說，Python中沒有真正的私有或受保護的屬性(后面將討論)。我們只是類比地使用這些術(shù)語，以便來自其他OOP背景的程序員更容易理解相關(guān)的編碼約定(是的，只是一種約定，沒有作為真正的訪問控制加以加強)。

讓我們首先討論一下如何在Python中定義“私有”屬性。慣例是用兩個前導下劃線命名這些屬性，并且不超過一個后引下劃線?？紤]下面更新過的Dog類的示例—為了簡單起見，我們省略了前面定義的其他屬性。

>>> class Dog: 
...     def __init__(self, breed, name): 
...         self.breed = breed 
...         self.name = name 
...         self.__tag = f"{name} | {breed}" 
...  
>>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
>>> dog.name 
'Ada' 
>>> dog.__tag 
Traceback (most recent call last): 
  File "<stdin>", line 1, in <module> 
AttributeError: 'Dog' object has no attribute '__tag' 

在上面的更新之后，Dog實例將擁有一個名為tag的私有屬性，正如其名稱所示。實例對象仍然可以像以前一樣訪問它的其他屬性(例如，名稱)。然而，實例不能訪問私有屬性剩余的標記，這可能是我們所期望的。實際上，這種對訪問這些屬性的限制正是它們被稱為“私有”屬性的原因。但它是怎么發(fā)生的，在引擎蓋下?畢竟，我前面提到過，所有Python屬性在默認情況下都是公共的。下面將向您展示Python如何實現(xiàn)“私有”屬性。

>>> dog.__dict__ 
{'breed': 'Rottweiler', 'name': 'Ada', '_Dog__tag': 'Ada | Rottweiler'} 
>>> dog._Dog__tag 
'Ada | Rottweiler' 

__dict__特殊方法(也稱為dunder方法，在名稱前后都有雙下劃線)能夠顯示對象的字典表示。具體來說，字典中的鍵-值對是對象的屬性及其值。正如我們所看到的，除了bread和name屬性之外，還有一個名為_dog__tag標記的屬性。這個屬性正是私有屬性__tag通過一個稱為mangling的過程與對象關(guān)聯(lián)的方式。

具體來說，mangling或name mangling是使用_ClassName作為私有屬性的前綴，這樣我們就人為地創(chuàng)建了對這些“私有”屬性的訪問限制。但是，如果我們確實想檢索任何私有屬性，我們?nèi)匀豢梢允褂帽黄茐牡拿Q訪問它，就像我們在代碼片段中使用_dog__標記所做的那樣。

5. 受保護的屬性

在上一節(jié)中，我們討論了私有屬性，但是受保護的屬性呢?Python中與受保護屬性對應的屬性名稱只有一個下劃線。不像雙下劃線會導致混亂，單下劃線前綴不會改變Python解釋器處理這些屬性的方式——它只是Python編程世界的一個慣例，表示他們(例如，編碼器)不希望你訪問這些屬性。但是，如果你堅持要訪問它們，你仍然可以這樣做。讓我們看看下面的代碼。

>>> class Dog: 
...     def __init__(self, breed, name): 
...         self.breed = breed 
...         self.name = name 
...         self.__tag = f"{name} | {breed}" 
...         self._nickname = name[0] 

我們通過創(chuàng)建一個名為_nickname的實例屬性來更新類Dog。正如其名稱使用下劃線前綴所表明的那樣，按照約定，它被認為是一個“受保護”的屬性。我們?nèi)匀豢梢詫⑦@些受保護的屬性作為其他“公共”屬性來訪問，但是一些ide或Python編輯器不會為這些非公共屬性提供提示(例如，自動完成提示)。有關(guān)這些使用Jupyter筆記本的例子，請參見屏幕截圖。

如果我們使用模塊而不是類，就像我們在這里所做的那樣，當我們使用from _module import *導入模塊時，帶有下劃線前綴的名稱將不會被導入，從而提供了一種機制來限制對這些“受保護的”屬性的訪問。