面向 C++98 程序员的 Python 中的 OOP 概念
这里为 c++++98 程序员全面演示了 python 中的 oop 概念：
类定义和对象创建
python
# privado por convenção: _underscore_simples
# "realmente privado": __underscore_duplo (name mangling)
# público: sem underscore
from abc import abstractmethod
class animal(abc):
# em python, variáveis declaradas no escopo da classe e não dentro de um
# método específico, são automaticamente compartilhadas por todas instâncias.
species_count = 0 # além disso, elas podem ser inicializadas diretamente dentro da classe.
# construtor
def __init__(self, name):
# variáveis de instância
self.name = name # público
self._age = 0 # protegido por convenção
self.__id = id(self) # privado (mas você consegue acessar com name mangling)
animal.species_count += 1
# destrutor
def __del__(self):
animal.species_count -= 1
# método regular
@abstractmethod
def make_sound(self):
pass # equivalente a um método abstrato/virtual (deve ser implementado apenas nas classes filhas)
# método estático (não precisa da instância para ser utilizado, nem utiliza seus atributos)
@staticmethod
def get_kingdom():
return "animalia"
# método de classe (recebe a classe como primeiro argumento, pode acessar atributos da classe)
@classmethod
def get_species_count(cls):
return cls.species_count
# decorador de propriedade (getter)
@property
def age(self):
return self._age
# decorador de propriedade (setter)
@age.setter
def age(self, value):
if value >= 0:
self._age = value
# métodos especiais (sobrecarga de operadores)
def __str__(self): # como tostring() - para string legível
return f"animal named {self.name}"
def __repr__(self): # para debugging
return f"animal(name='{self.name}')"
def __eq__(self, other): # operador de comparação ==
return isinstance(other, animal) and self.name == other.name
def __len__(self): # função len()
return self._age
def __getitem__(self, key): # operador de acesso []
if key == 'name':
return self.name
raise keyerror(key)
c++98
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
class animal {
public:
static int species_count;
animal(const std::string& name) : name(name), _age(0), __id(++id_counter) { // construtor
++species_count;
}
~animal() { // destrutor
--species_count;
}
virtual void make_sound() = 0; // método não implementável na classe base (virtual/abstrato)
static std::string get_kingdom() { // não existe distinção entre
// @classmethod e @staticmethod em cpp, apenas static methods.
return "animalia";
}
// static methods podem ser utilizados sem instanciar uma classe e têm
// acesso às propriedades estáticas da classe:
static int get_species_count() {
return species_count;
}
// getter:
int get_age() const {
return _age;
}
// setter:
void set_age(int age) {
if (age >= 0) {
_age = age;
}
}
// implementação dos métodos especiais que vimos em python:
std::string to_string() const {
return "animal named " + name;
}
std::string repr() const {
std::ostringstream oss;
oss << "animal(name='" << name << "', age=" << _age << ", id=" << __id << ")";
return oss.str();
}
bool operator==(const animal& other) const {
return name == other.name;
}
// sobrecarga do operador []
std::string operator[](const std::string& key) const {
if (key == "name") {
return name;
}
throw std::out_of_range("invalid key");
}
// método isinstance
template <typename t>
bool isinstance() const {
return dynamic_cast<const t*>(this) != nullptr;
}
protected:
std::string name;
int _age;
private:
int __id;
static int id_counter;
};
// variáveis estáticas de classe são compartilhadas por todas as instâncias mas
// precisam ser inicializadas separadamente.
int animal::species_count = 0;
int animal::id_counter = 0;
遗产
python
class dog(animal):
def __init__(self, name, breed):
# chama o construtor da classe pai
super().__init__(name)
self.breed = breed
# sobrescreve o método da classe pai
def make_sound(self):
return "woof!"
c++98
class dog : public animal {
public:
dog(const std::string& name, const std::string& breed) : animal(name), breed(breed) {}
void make_sound() override {
std::cout << "woof!" << std::endl;
}
private:
std::string breed;
};
多重继承
python
class pet:
def is_vaccinated(self):
return true
class domesticdog(dog, pet):
pass
c++98
class pet {
public:
bool is_vaccinated() const {
return true;
}
};
class domesticdog : public dog, public pet {
public:
domesticdog(const std::string& name, const std::string& breed) : dog(name, breed) {}
};
抽象类
python
from abc import abc, abstractmethod
class shape(abc):
@abstractmethod
def area(self):
pass
c++98
class shape {
public:
virtual ~shape() {}
virtual double area() const = 0;
};
使用示例
python
if __name__ == "__main__":
# cria objetos
dog = dog("rex", "golden retriever")
# acessa atributos
print(dog.name) # público
print(dog._age) # protegido (ainda acessível)
# print(dog.__id) # isso falhará
print(dog._animal__id) # isso funciona (acessando attribute privado com name mangling)
# propriedades
dog.age = 5 # usa setter automaticamente
print(dog.age) # usa getter automaticamente
# métodos estáticos e de classe
print(animal.get_kingdom())
print(animal.get_species_count())
# verifica herança
print(isinstance(dog, animal)) # true
print(issubclass(dog, animal)) # true
# métodos especiais em ação
print(str(dog)) # usa __str__
print(repr(dog)) # usa __repr__
print(len(dog)) # usa __len__
print(dog['name']) # usa __getitem__
c++98
int main() {
// cria objetos
dog dog("rex", "golden retriever");
// acessa atributos
std::cout << dog.name << std::endl; // público
std::cout << dog.get_age() << std::endl; // protegido (ainda acessível)
// std::cout << dog.__id << std::endl; // isso falhará (privado)
// propriedades
dog.set_age(5); // usa setter
std::cout << dog.get_age() << std::endl; // usa getter
// métodos estáticos e de classe
std::cout << animal::get_kingdom() << std::endl;
std::cout << animal::get_species_count() << std::endl;
// equivalente aos "métodos especiais":
// verifica herança
if (dog.isinstance<animal>()) {
std::cout << "dog é uma instância de animal" << std::endl;
}
std::cout << dog.to_string() << std::endl; // usa to_string
std::cout << dog.repr() << std::endl; // usa repr
std::cout << dog["name"] << std::endl; // usa operador []
}
python 和 c++98 之间的主要区别
- 没有公共/私有/受保护的关键字（使用命名约定）
- 多重继承不同：
- 默认情况下所有方法都是虚拟的
- 指针/引用之间没有区别
- 不需要内存管理（垃圾收集器）
- 动态类型而不是静态类型
- 属性装饰器而不是 getter/setter 方法
- 特殊方法使用 __name__ 格式而不是运算符 关键字
- 更多用于运算符重载的 pythonic 语法（例如 __eq__ 与运算符 ==）
使用 dir(object) 查看对象的所有属性和方法，使用 help(object) 查看文档。
专题：
钻石继承问题
animal
. ' ,
_______
_ .`_|___|_`. _
pet / / workinganimal
' ' /
" /
./
domesticdog
c++98 中的 diamond 继承问题
当一个类继承自两个类，而这两个类又继承自一个公共基类时，就会发生钻石继承。这可能会导致几个问题：
- 歧义：公共基类的方法和属性可能会变得不明确。
- 数据重复：每个派生类都可以拥有自己的公共基类成员副本，从而导致数据重复。
c++98 中的 diamond 继承示例
class animal {
public:
animal() {
std::cout << "animal constructor" << std::endl;
}
virtual void make_sound() {
std::cout << "some generic animal sound" << std::endl;
}
};
class pet : public animal {
public:
pet() : animal() {
std::cout << "pet constructor" << std::endl;
}
void make_sound() override {
std::cout << "pet sound" << std::endl;
}
};
class workinganimal : public animal {
public:
workinganimal() : animal() {
std::cout << "workinganimal constructor" << std::endl;
}
void make_sound() override {
std::cout << "working animal sound" << std::endl;
}
};
class domesticdog : public pet, public workinganimal {
public:
domesticdog() : animal(), pet(), workinganimal() {
std::cout << "domesticdog constructor" << std::endl;
}
void make_sound() override {
pet::make_sound(); // ou workinganimal::make_sound(), dependendo do comportamento desejado
}
};
int main() {
domesticdog dog;
dog.make_sound();
return 0;
}
预期行为
animal constructor pet constructor workinganimal constructor domesticdog constructor pet sound
在这个例子中，domesticdog继承自pet和workinganimal，它们都继承自animal。这创造了一颗传家宝钻石。使用虚拟继承来避免数据重复和歧义。
python 如何自动阻止 diamond 继承
python 使用方法解析顺序 (mro) 和 c3 线性化来自动解决菱形继承问题。 mro 确定在查找方法或属性时检查类的顺序。
python 中的 diamond 继承示例
class animal:
def make_sound(self):
print("some generic animal sound")
class pet(animal):
def make_sound(self):
print("pet sound")
class workinganimal(animal):
def make_sound(self):
print("working animal sound")
class domesticdog(pet, workinganimal):
pass
dog = domesticdog()
dog.make_sound()
预期行为
pet sound
在此示例中，python 使用 mro 自动解析菱形继承。您可以使用 __mro__:
属性检查 mro
print(domesticdog.__mro__)
python中的mro确保domesticdog正确继承自pet和workinganimal，并且animal在对象之前被解析。因此，声明顺序会影响 mro，但 c3 线性化可确保尊重层次结构。
解释：
- 声明顺序：mro 从最派生的类开始，遵循基类声明的顺序。
- c3 线性化：确保每个类出现在其超类之前，并保持继承顺序。
数据结构：栈、队列和映射
堆
python
stack = [] # we could just use a list as a stack stack.append(1) # push stack.append(2) print(stack.pop()) # pop
c++98
#include <stack> // we have to import the stack type std::stack<int> stack; stack.push(1); // push stack.push(2); std::cout << stack.top() << std::endl; // top stack.pop(); // pop
队列
python
from collections import deque queue = deque() queue.append(1) # enqueue queue.append(2) print(queue.popleft()) # dequeue
c++98
#include <queue> std::queue<int> queue; queue.push(1); // enqueue queue.push(2); std::cout << queue.front() << std::endl; // front queue.pop(); // dequeue
地图
python
map = {} # this is automatically creating a map (which is called a dictionary in python)
map['key1'] = 'value1'
map['key2'] = 'value2'
print(map['key1'])
c++98
#include <map> std::map<std::string, std::string> map; map["key1"] = "value1"; map["key2"] = "value2"; std::cout << map["key1"] << std::endl;
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