2.2.1 類

類（class）定義了如何構造對象以及它們所具有的特征和知識。有些人喜歡將類比作藍圖，它們都是對對象擁有的信息和功能的一般描述。對象和類相關但是不同。如果類是藍圖，那對象就是完工的建筑。

我們在Python中使用保留關鍵字class定義類。按照慣例，類名以大寫字母開頭，每個新單詞的開頭也都用大寫字母（此慣例被稱為Pascal case）。讓我們創建一個模擬咖啡機的類：

在上述代碼中，我們定義了一個表示咖啡機的類。我們可以使用這個類來生成新的咖啡機對象，這個過程稱為實例化（instantiation）。實例化一個類，是指創建該類的一個新的對象。通過調用類的名稱來實例化，就像它是一個返回實例化對象的函數一樣：

現在我們有了machine對象，其功能由CoffeeMachine類定義（它仍然是空的，我們將在后面的部分進行完善）。當類被實例化時，它的__init__函數將被調用。在__init__函數中，我們可以進行一些初始化操作。例如，這里我們添加了一個煮咖啡的數量，并將其設置為零：

注意__coffees_brewed開頭的兩個下劃線。如果你還記得之前關于訪問級別的討論，默認情況下，Python的所有數據都對外部可見。雙下劃線命名模式用于表示某物是私有的，不希望被直接訪問。

在本例中，我們不希望外界訪問__coffees_brewed；否則他們可以隨意改變咖啡沖泡次數！

如果不能訪問__coffees_brewed，那我們如何知道機器煮了多少杯咖啡呢？答案是特性。特性是類的只讀屬性。不過，在討論特性之前，還有一些語法需要介紹。

1. 變量self

如果查看前面的示例，你會發現我們經常使用一個名為self的變量。我們也可以使用其他名稱，不過約定使用self。正如你前面看到的，我們將其傳遞給類中的每個函數，包括初始化函數。多虧了self這第一個形參，我們才可以訪問類中定義的所有數據。例如，在__init__函數中，我們將變量__coffees_brewed加到self后面，這樣，這個變量就存在于對象中了。

變量self必須是類中每個函數定義的第一個形參，但是當我們在類的實例上調用這些函數時，它不需要作為第一個實參數被傳遞。例如，為了實例化CoffeeMachine類，我們寫了如下代碼：

調用初始化函數時沒有任何形參（沒有self）。如果你細想一下，如果我們還沒有初始化對象，怎么可能將該初始化函數作為self傳遞呢？原來，Python已經為我們解決了這個問題：我們永遠不需要將self傳遞給初始化函數或對象的任何方法或特性。

調用self正是指類的不同屬性訪問類中的其他定義的方式。例如，在我們稍后將編寫的brew_coffee方法中，我們正是使用self來訪問__coffees_brewed的數量：

理解self以后，我們就可以學習特性了。

2. 類的特性

對象的特性（property）是可以返回數據的只讀屬性。使用點號即可訪問對象的特性：object.property。還是以咖啡機為例，我們可以添加一個coffees_brewed特性（用咖啡機煮的咖啡數量），代碼如下：

然后，我們可以訪問它：

特性是使用@property裝飾器定義的函數：

特性不能接收參數（self除外），且需要有返回值。不返回任值或接收其他參數的特性在概念上就是錯誤的：特性應該是我們請求對象提供的只讀數據。

我們提到，@property是裝飾器的一個例子。Python裝飾器允許我們修改特性的行為。@property修改類的函數，以便它可以像類的屬性一樣被使用。本書不會再使用其他裝飾器，所以我們不會對此進行講解，但如果你有興趣，我鼓勵你自行研究。

特性告訴我們對象的信息。例如，如果我們想知道某個CoffeeMachine類的實例是否至少煮了一杯咖啡，我們可以添加如下特性：

現在就可以詢問CoffeeMachine類的實例，是否已經煮過咖啡了：

顯然，這臺機器還沒有準備好咖啡，那么如何讓CoffeeMachine的實例為我們煮咖啡呢？使用方法。

3. 類的方法

特性允許我們了解對象的某些信息：通過回答我們的詢問。為了讓對象執行一些任務，我們使用方法。方法（method）不過是屬于類的函數，可以訪問類中定義的屬性。在CoffeeMachine類的代碼中，編寫一個方法來請求它煮咖啡：

方法將self作為第一個形參，這使它們能夠訪問類中定義的所有內容。正如我們前面討論的，在調用對象的方法時，我們不需要傳遞self參數，Python會為我們代勞。

注意：特性類似于用@property裝飾的方法。特性和方法都將self作為它們的第一個實參。在調用方法時，我們使用括號并可選地傳遞其參數，但是訪問屬性時不需要使用括號。

我們可以在實例上調用brew_coffee方法：

既然第一杯咖啡已經煮好，我們可以詢問實例：

如你所見，方法必須在類（對象）的特定實例上調用。此對象將是響應請求的對象。函數的調用不需要對象，如下所示：

然而方法必須對對象進行調用，如下所示：

對象只能響應創建它們的類中定義的方法。如果在對象上調用了一個方法（或任何特性），但該方法在類中沒有定義，則會觸發一個屬性錯誤（AttributeError）。讓我們試一試。讓咖啡機泡一杯茶，盡管我們從來沒有告訴過它怎么泡茶：

好吧，對象“抱怨”說：我們從來沒有說過，希望它學會如何泡茶。以下“抱怨”的關鍵：

教訓是：永遠不要請求對象做它沒有學過的事情，這會嚇壞它，并讓你的程序失效。

方法可以接受任意數量的形參，但必須在第一個實參self之后定義。例如，讓我們在CoffeeMachine類中添加一個方法，讓我們能夠給咖啡機倒入給定數量的水：

我們可以通過調用這個新方法來給咖啡機實例加水：

在繼續學習其他知識之前，關于方法需要知道的最后一點是它們強大的動態調度特性。當在對象上調用方法時，Python將檢查該對象是否響應該方法，但是，關鍵點在于，只要該對象的類定義了所請求的方法，Python并不關心對象的類。

我們可以使用這個特性來定義響應相同方法的不同對象（相同的方法指的是相同的名稱和實參），并可以互換地使用它們。例如，我們可以定義一個新的現代咖啡生產商：

現在，我們可以編寫函數，期望有一個咖啡生產者（任何定義了brew_coffee（）方法的類的對象），并對其執行某些操作：

這個函數對CoffeeMachine和CoffeeHipster的實例都適用：

為了達成這種效果，我們需要確保這些方法具有相同的“簽名”，也就是說，它們的名稱相同，形參也完全一致。