Python面向对象编程：数据访问、模拟私有属性与纸牌模拟案例

# Python面向对象编程：数据访问、模拟私有属性与纸牌模拟案例 ## 1. 数据访问属性 在Python中，可以使用内置函数`eval`来根据字符串创建并初始化对象。例如，对于`'Time(hour=6, minute=30, second=0)'`这样的字符串，`eval`函数可以将其作为参数，创建一个包含指定值的`Time`对象。 ### 1.1 Time类的特殊方法`__str__` 为`Time`类定义了特殊方法`__str__`，当使用内置函数`str`将对象转换为字符串时，会隐式调用该方法。例如，当打印对象或显式调用`str`时，`__str__`方法会创建一个12小时制的字符串，如`'7:59:59 AM'`或`'12:30:45 PM'`。以下是`__str__`方法的实现： ```python def __str__(self): """Print Time in 12-hour clock format.""" return (('12' if self.hour in (0, 12) else str(self.hour % 12)) + f':{self.minute:0>2}:{self.second:0>2}' + (' AM' if self.hour < 12 else ' PM')) ``` ### 1.2 Time类定义的设计注意事项 #### 1.2.1 类的接口 `Time`类的属性和方法定义了类的公共接口，即程序员应该使用这些属性和方法来与类的对象进行交互。 #### 1.2.2 属性始终可访问 尽管提供了明确定义的接口，但Python并不阻止直接操作数据属性`_hour`、`_minute`和`_second`。与其他面向对象编程语言（如C++、Java和C#）不同，Python中的数据属性不能对客户端代码隐藏。Python教程指出：“Python中没有任何机制可以强制实现数据隐藏，一切都基于约定。” #### 1.2.3 内部数据表示 可以选择将时间表示为小时、分钟和秒的三个整数值，也可以将时间内部表示为自午夜以来的秒数。即使重新实现`hour`、`minute`和`second`属性，程序员也可以使用相同的接口并获得相同的结果，而无需了解这些更改。 #### 1.2.4 类实现细节的演变 在设计类时，在将类提供给其他程序员之前，应仔细考虑类的接口。理想情况下，设计的接口应使得在更新类的实现细节（即内部数据表示或方法体的实现方式）时，现有代码不会中断。如果Python程序员遵循约定，不访问以单个下划线开头的属性，那么类设计者可以在不破坏客户端代码的情况下演变类的实现细节。 #### 1.2.5 属性 提供同时具有`setter`和`getter`的属性与直接访问数据属性相比，虽然看似没有好处，但实际上存在细微差别。`getter`似乎允许客户端随意读取数据，但它可以控制数据的格式；`setter`可以审查对数据属性值的修改尝试，以防止将数据设置为无效值。 #### 1.2.6 实用方法 并非所有方法都需要作为类接口的一部分。有些方法仅在类内部使用，作为实用方法，不打算成为客户端代码使用的类公共接口的一部分。这些方法应该以单个下划线命名。在其他面向对象语言（如C++、Java和C#）中，这些方法通常实现为私有方法。 ### 1.3 datetime模块 在专业的Python开发中，通常会使用Python标准库的`datetime`模块来表示时间和日期，而不是构建自己的类。有关`datetime`模块的更多详细信息，请参阅：https://docs.python.org/3/library/datetime.html ## 2. 模拟“私有”属性 在C++、Java和C#等编程语言中，类会明确声明哪些类成员是公共可访问的，不能在类定义外部访问的类成员是私有的，仅在定义它们的类内部可见。Python程序员经常使用“私有”属性来表示对类的内部工作至关重要，但不属于类公共接口的数据或实用方法。 ### 2.1 命名约定 Python对象的属性始终是可访问的，但Python有一个“私有”属性的命名约定。例如，为了防止将`wake_up._hour`设置为无效值，可以将属性命名为`__hour`，使用两个前导下划线。这个约定表明`__hour`是“私有”的，不应该被类的客户端访问。 ### 2.2 名称修饰 为了帮助防止客户端访问“私有”属性，Python会对属性名称进行重命名，在属性名称前加上`_ClassName`，例如`_Time__hour`，这称为名称修饰。如果尝试直接赋值给`__hour`，如`wake_up.__hour = 100`，Python会引发`AttributeError`，表示类没有`__hour`属性。 ### 2.3 IPython自动补全 在IPython中，当尝试通过按Tab键自动补全像`wake_up.`这样的表达式时，不会显示带有一个或两个前导下划线的属性，只有属于`wake_up`对象“公共”接口的属性才会显示在IPython自动补全列表中。 ### 2.4 演示“私有”属性 以下是一个演示“私有”属性的示例： ```python # private.py """Class with public and private attributes.""" class PrivateClass: """Class with public and private attributes.""" def __init__(self): """Initialize the public and private attributes.""" self.public_data = "public" # public attribute self.__private_data = "private" # private attribute ``` 在IPython中测试： ```python In [1]: from private import PrivateClass In [2]: my_object = PrivateClass() In [3]: my_object.public_data Out[3]: 'public' In [4]: my_object.__private_data ------------------------------------------------------------------------- AttributeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-4-d896bfdf2053> in <module>() ----> 1 my_object.__private_data AttributeError: 'PrivateClass' object has no attribute '__private_data' ``` 虽然直接访问`__private_data`会引发错误，但该属性仍然可以间接访问。 ## 3. 案例研究：纸牌洗牌和发牌模拟 ### 3.1 测试驱动Card和DeckOfCards类 #### 3.1.1 创建、洗牌和发牌 首先，从`deck.py`导入`DeckOfCards`类并创建一个该类的对象。`DeckOfCards`类的`__init__`方法会按花色和每张花色内的牌面顺序创建52个`Card`对象。可以通过打印`deck_of_cards`对象来查看所有牌的顺序。然后，使用`shuffle`方法洗牌，每次洗牌的结果可能不同。 ```python In [1]: from deck import DeckOfCards In [2]: deck_of_cards = DeckOfCards() In [3]: print(deck_of_cards) Ace of Hearts 2 of Hearts 3 of Hearts 4 of Hearts 5 of Hearts 6 of Hearts 7 of Hearts 8 of Hearts 9 of Hearts 10 of Hearts Jack of Hearts Queen of Hearts King of Hearts Ace of Diamonds 2 of Diamonds 3 of Diamonds 4 of Diamonds 5 of Diamonds 6 of Diamonds 7 of Diamonds 8 of Diamonds 9 of Diamonds 10 of Diamonds Jack of Diamonds Queen of Diamonds King of Diamonds Ace of Clubs 2 of Clubs 3 of Clubs 4 of Clubs 5 of Clubs 6 of Clubs 7 of Clubs 8 of Clubs 9 of Clubs 10 of Clubs Jack of Clubs Queen of Clubs King of Clubs Ace of Spades 2 of Spades 3 of Spades 4 of Spades 5 of Spades 6 of Spades 7 of Spades 8 of Spades ```