Объектная модель Python

Объектно-ориентированное_программирование: Поддержка в ЯП объектного проектирования.

• Не «парадигма» (в строгом смысле)
• Не привилегия ЯП (можно писать ООП-программы на Си)

• Статья с Википедии вполне философская, почитайте её ☺, она вообще про управление!

Три составляющих ООП:

0. Абстракция (общее/частное).

   • Примеры «вертикальной» абстракции: класс/экземпляр класса, базовый класс/производный класс и т. п. (Python: +метакласс)
   • Примеры «горизонтальной» абстракции моделирование различных сущностей предметной области одинаковыми структурами ЯП

1. Инкапсуляция: минимализация необходимого информационно пространства; часто — за счёт создания иерархии пространств имён (большинство языков: размещение в одном компоненте данных и методов, которые с ними работают)

   • не смешивать с сокрытием

2. Наследование: повторное использование свойств объектов с описанием различий

3. Полиморфизм (а вот эту статью на Википедии не стоит читать на полном серьёзе): возможность для одного и того же кода обрабатывать данные разных типов (Python: duck typing!)

Статья «Классы в Python3 — это очень просто»

   1 >>> l=()
   2 >>> dir(l)
   3 ['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'count', 'index']
   4 >>> l.new="QQ"
   5 Traceback (most recent call last):
   6   File "<stdin>", line 1, in <module>
   7 AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'new'

   1 >>> class C:
   2 ...   pass
   3 ...
   4 >>> dir(C)
   5 ['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']
   6 >>> c=C()
   7 >>> dir(c)
   8 ['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']
   9 >>> c
  10 <__main__.C object at 0x7f39429f92b0>
  11 >>> C
  12 <class '__main__.C'>

   1 >>> c.new="QQ"
   2 >>> dir(c)
   3 ['__class__', …, 'new']
   4 >>> c.new
   5 'QQ'

   1 >>> C.strange="NN"
   2 >>> dir(C)
   3 ['__class__', …, 'strange']
   4 [
   5 >>> dir(c)
   6 ['__class__', …, 'new', 'strange']
   7 >>> c.strange
   8 'NN'

   1 >>> d=C()
   2 >>> dir(d)
   3 ['__class__', …, 'strange']
   4 >>> d.strange='YY'
   5 >>> c.strange
   6 'NN'
   7 >>> C.strange
   8 'NN'
   9 >>> d.strange
  10 'YY'

   1 >>> d.strange
   2 'YY'
   3 >>> del d.strange
   4 >>> d.strange
   5 'NN'

   1 >>> del d.strange
   2 Traceback (most recent call last):
   3   File "<stdin>", line 1, in <module>
   4 AttributeError: strange
   5 >>> dir(d)
   6 ['__class__', …, '__weakref__', 'strange']
   7 >>> del C.strange
   8 >>> d.strange
   9 Traceback (most recent call last):
  10   File "<stdin>", line 1, in <module>
  11 AttributeError: 'C' object has no attribute 'strange'
  12 >>> dir(d)
  13 ['__class__', …]
  14 >>> dir(C)
  15 ['__class__', …]

   1 >>> class D:
   2 ...   w=10
   3 ...   h=20
   4 ...
   5 >>> d=D()
   6 >>> d.w, d.h
   7 (10, 20)

   1 >>> e=D()
   2 >>> e.w, e.h = 18, 11
   3 >>> d.w*d.h-e.w*e.h
   4 2

   1 >>> class E:
   2 ...   l=[]
   3 ...
   4 >>> e=E()
   5 >>> e.l, E.l
   6 ([], [])
   7 >>> e.l.append("QQ")
   8 >>> e.l, E.l
   9 (['QQ'], ['QQ'])

   1 >>> f=E()
   2 >>> f.l=[]
   3 >>> e.l, f.l, E.l
   4 (['QQ'], [], ['QQ'])
   5 >>> f.l.append("Q-K-R-Q")
   6 >>> e.l, f.l, E.l
   7 (['QQ'], ['Q-K-R-Q'], ['QQ'])

   1 >>> class F:
   2 ...   data = "dada"
   3 ...
   4 >>> def fun():
   5 ...   print(F.data)
   6 ...
   7 >>> f=F()
   8 >>> f.pri=fun
   9 >>> f.pri()
  10 dada
  11 >>> f.data = "nono"
  12 >>> f.pri()
  13 dada

   1 >>> class G:
   2 ...   d = 1
   3 ...   def fun(obj):
   4 ...     print(obj.d)
   5 ...
   6 >>> g=G()
   7 >>> g.fun(g)
   8 Traceback (most recent call last):
   9   File "<stdin>", line 1, in <module>
  10 TypeError: fun() takes 1 positional argument but 2 were given

   1 >>> class H:
   2 ...   def test(p1, p2):
   3 ...     print(p1, p2)
   4 ...
   5 >>> h=H()
   6 >>> h.test(100500)
   7 <__main__.H object at 0x7feffab3fdd8> 100500
   8 >>> h
   9 <__main__.H object at 0x7feffab3fdd8>
  10 >>> H.test(h,"I've got it!")
  11 <__main__.H object at 0x7feffab3fdd8> I've got it!

   1 >>> class I:
   2 ...   def meth():
   3 ...     pass
   4 ...
   5 >>> def fun():
   6 ...   pass
   7 ...
   8 >>> I.subfun = fun
   9 >>> i = I()
  10 >>> fun
  11 <function fun at 0x7feffab441e0>
  12 >>> I.subfun
  13 <function fun at 0x7feffab441e0>
  14 >>> I.meth
  15 <function I.meth at 0x7feffab61048>
  16 >>> i.subfun
  17 <bound method fun of <__main__.I object at 0x7feffab604a8>>
  18 >>> i.meth
  19 <bound method I.meth of <__main__.I object at 0x7feffab604a8>>

   1 >>> class J:
   2 ...   t = 42
   3 ...   def answer(obj):
   4 ...     print(obj.t)
   5 ...
   6 >>> j=J()
   7 >>> j.answer()
   8 42
   9 >>> j.t='forty two'
  10 >>> j.answer()
  11 forty two

   1 >>> class K:
   2 ...   def __init__(self, w, h):
   3 ...     self.w, self.h = w, h
   4 ...   def square(self):
   5 ...     return self.w*self.h
   6 ...
   7 >>> k=K(10,20)
   8 >>> dir(k)
   9 ['__doc__', '__init__', '__module__', 'h', 'square', 'w']
  10 >>> k.square()
  11 200

— Всему самому лучшему, что у меня есть, я обязан родителю!
  Я всё унаследовал от него — и эти поля, и эти методы — а сам лишь кое-что улучшил и добавил немного от себя.

Коротко

• Класс — это пространство имён

• Класс — это изготовитель (чтобы не сказать «конструктор») объекта — экземпляра класса, т. е. такой callable.

  • У класса (объекта) есть поля (иногда говорят атрибуты, сейчас поймёте, почему ☺). Callable-поля называются методы, не-callable называются, извините, поля.

• Все поля класса видны в объекте

  • До тех пор, пока их не загородят уникальные поля объекта с теми же именами (аналог: глобальные и локальные переменные)

  • При этом функции класса превращаются в методы объекта

    • Метод — это такая функция внутри пространства имён объекта, при вызове которой в начало кортежа параметров ставится сам объект

• Специальный метод __init__() нужен для создания полей объекта и вообще логики его создания

  • Это не конструктор!

Перегрузка операций

На самом деле всё наоборот — нет никаких операций, есть синтаксический сахар и протоколы над методами.

• getattr()/setattr()

• .__getattr__()/.__setattr__()/.__delattr__(), а также .__getattribute__()

• .__del__() — это не деструктор

• .__dir__() тоже

Спецметоды

• .__что-то__()

• правила поиска

  • Только в классе (нельзя подменить в объекте)

  • Нельзя подменить с помощью .__getattr*

• Спецметоды есть для всего

Примеры (сколько успеем)

• .__str__() и .__repr__()

• len()

• iter()

• .__bool__()

• Числовой протокол

  • Например, + (.__add__() и .__radd__())

    • NotImplemented

• [] (.__getitem__()/.__stitem__())

  • slice

  • Ellipsis (он же [...])

• …

Д/З

0. Прочитать про классы в tutorial; про «волшебные методы» например, тут

   • Прочитать про ограничения на перегрузку спецметодов в справочнике

   • Вообще выборочно почитать справочник по этой теме. Там много такого, про что в лекциях мы поговорить не успеем.

1. EJudge: SelfCount 'Счётчик экземпляров'

   Написать класс WeAre, экземпляры которого содержат поле count. В этом поле хранится количество существующих экземпляров этого класса.

   Input:

      1 a = WeAre()
      2 print(a.count)
      3 b, c = WeAre(), WeAre(),
      4 print(a.count, b.count, c.count)
      5 del b
      6 print(a.count)
   

   Output:

   1
   3 3 3
   2

2. EJudge: TrianglesCmp 'Сравниваем треугольники'

   Написать класс Triangle, моделирующий треугольник:

   • объект tri типа Triangle создаётся из трёх вещественных чисел — сторон треугольника

   • tri пуст, если не выполняется строгое неравенство треугольника или хотя бы одна из сторон не положительна

   • abs(tri) — площадь треугольника (0, если tri пуст)

   • два объекта tri1 и tri2 типа Triangle равны, только если попарно равны их стороны (в некотором порядке)

   • сравнение на неравенство двух объектов типа Triangle есть результат сравнения их площадей

     • в частности A ⩽ B истинно, если их площади равны

   • строковое представление: a:b:c, где a, b и c — это стороны треугольника в порядке их задания

   Input:

      1 tri = Triangle(3, 4, 5), Triangle(5, 4, 3), Triangle(7, 1, 1), Triangle(5, 5, 5), Tria  ngle(7, 4, 4)
      2 for a, b in zip(tri[:-1], tri[1:]):
      3     print(a if a else b)
      4     print(f"{a}={abs(a):.2f} {b}={abs(b):.2f}")
      5     print(a == b)
      6     print(a >= b)
      7     print(a < b)
   

   Output:

   3.0:4.0:5.0
   3.0:4.0:5.0=6.00 5.0:4.0:3.0=6.00
   True
   True
   False
   5.0:4.0:3.0
   5.0:4.0:3.0=6.00 7.0:1.0:1.0=0.00
   False
   True
   False
   5.0:5.0:5.0
   7.0:1.0:1.0=0.00 5.0:5.0:5.0=10.83
   False
   False
   True
   5.0:5.0:5.0
   5.0:5.0:5.0=10.83 7.0:4.0:4.0=6.78
   False
   True
   False

3. EJudge: DotStream 'Источник точек'

   Написать класс Dots, генерирующий заданное количество точек на заданном отрезке. Свойства класса:

   • При создании объекта d типа Dots задаются вещественные границы отрезка.

   • d[n] — итератор по n равноудалённым точкам от начала до конца отрезка (включая конец).

   • d[i:n] — i-я точка такой последовательности.

   • d[i:j:n] — итератор по точкам, начиная с i-той и заканчивая j-1-й точкой исходной последовательности.

   • Выход за границы отрезка означает экстраполяцию (см. пример).
   Input:

      1 a = Dots(0,40)
      2 print(*a[5])
      3 print(a[0:5])
      4 print(a[2:5])
      5 print(a[4:5])
      6 print(a[7:5])
      7 print(a[-7:5])
      8 print(*a[1:3:5])
      9 print(*a[:3:5])
     10 print(*a[2::5])
     11 print(*a[::5])
     12 print(*a[-2:6:5])
   

   Output:

   0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
   0.0
   20.0
   40.0
   70.0
   -70.0
   10.0 20.0
   0.0 10.0 20.0
   20.0 30.0 40.0
   0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
   -20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

4. EJudge: CyberSausage 'Киберколбаса'

   Написать класс Sausage, имитирующий киберколбасу. Киберколбаса может быть проинициализирована нулём значений (создаётся один батон с фаршем "pork!"), одним (фарш типа str) и двумя (фарш, и объём типа Fraction). Длина целого батона киберколбасы — 12 символов фарша и 2 символа оболочки. Колбаса единичного объёма — это один полный батон, более, чем единичного — это несколько батонов (последний, возможно, неполон). Неполный батон заканчивается срезом. Киберколбаса поддерживает операции умножения и деления на целое число, сложение и вычитание с другой киберколбасой (фарш результата совпадает с фаршем первого операнда), а также взятие абсолютного значения (возвращается объём). Отрицательного объёма не бывает, в этом случае он делается нулевым. Если объём киберколбасы нулевой, батон считается пустым. При выводе округлять двенадцатые доли батона в сторону ближайшего меньшего.

   Input:

      1 a, b, c = Sausage(), Sausage("HAM", "5/6"), Sausage("SPAM.", 1.25)
      2 print(a, b, c, sep='\n')
      3 print(a + b + c, abs(a + b + c))
      4 print(b * 2, 4 * c / 5, sep="\n")
      5 d, e = 2 * b + a / 3 - 25 * c / 16, a - c
      6 print(d, not d, abs(d))
      7 print(e, not e, abs(e))
   

   Output:

   /------------\
   |pork!pork!po|
   |pork!pork!po|
   |pork!pork!po|
   \------------/
   /----------|
   |HAMHAMHAMH|
   |HAMHAMHAMH|
   |HAMHAMHAMH|
   \----------|
   /------------\/---|
   |SPAM.SPAM.SP||SPA|
   |SPAM.SPAM.SP||SPA|
   |SPAM.SPAM.SP||SPA|
   \------------/\---|
   /------------\/------------\/------------\/-|
   |pork!pork!po||pork!pork!po||pork!pork!po||p|
   |pork!pork!po||pork!pork!po||pork!pork!po||p|
   |pork!pork!po||pork!pork!po||pork!pork!po||p|
   \------------/\------------/\------------/\-| 37/12
   /------------\/--------|
   |HAMHAMHAMHAM||HAMHAMHA|
   |HAMHAMHAMHAM||HAMHAMHA|
   |HAMHAMHAMHAM||HAMHAMHA|
   \------------/\--------|
   /------------\
   |SPAM.SPAM.SP|
   |SPAM.SPAM.SP|
   |SPAM.SPAM.SP|
   \------------/
   /|
   ||
   ||
   ||
   \| False 3/64
   /|
   ||
   ||
   ||
   \| True 0