類別 class

當學習 Python 到某種程度後，就會開始進入物件導向的領域，而「類別」就是學習物件導向的基礎，這篇教學將會介紹 Python 裡的類別 class，並進一步說明類別和物件的關係。

快速導覽：什麼是類別？、什麼是物件？、建立類別、多個物件同一個類別、覆寫屬性、@property 唯讀屬性

本篇使用的 Python 版本為 3.7.12，所有範例可使用 Google Colab 實作，不用安裝任何軟體 ( 參考：使用 Google Colab )

什麼是類別 class？

類別，可以比喻成一張「藍圖」，不同的藍圖會有不同的「屬性」，根據不同的屬性，就會建構出不同的物體。或者也可將類別想像成一個「人」，不同的人會有不同的「特徵」( 屬性 )，根據不同的特徵，就會產生不同樣的人。

舉例來說，下方的程式碼建立了一個名為 human ( 人 ) 的類別，類別預設有四個屬性，分別是兩個眼睛 eye、兩個耳朵 ear、一個鼻子 nose 和一張嘴巴 mouth，接著透過這個類別誕生了一個特定的人 oxxo，這個人就會具有對應的屬性 ( 後面會介紹如何建立類別 )。

class human():
  def __init__(self):  # 建立預設屬性的寫法
    self.eye = 2       # 兩個眼睛
    self.ear = 2       # 兩個耳朵
    self.nose = 1      # 一個鼻子
    self.mouth = 1     # 一張嘴巴

oxxo = human()         # 製作一個名為 oxxo 的物件
print(oxxo.eye)        # 得到 2 ( 印出 oxxo 的 eye 屬性 )。

什麼是物件 object？

在 Python 裡的任何東西 ( 數字、文字、函式...等 ) 都是物件，只是 Python 預設會將大部份物件的機制隱藏，只顯示最常使用的方法，除非有特殊需求，不然不需要更動到預設物件的行為。

什麼是物件呢？物件是一種自訂的資料結構，裡面可能包含了各種變數、屬性、函式或方法，一個物件可以透過他的屬性或方法，定義他和別的物件進行互動。

建立類別

建立類別的方式類似建立一個函式，差別在於函式使用 def 開頭，而類別使用 class 開頭，下方的程式碼會建立一個「空」的類別 human ( 很像一個人在最開始只是一個細胞，身上什麼器官都還沒長出來 )：

class human():
    pass        # 使用 pass 可以建立一個空類別

接著使用建立類別的預設方法「__init__」( 注意前後是兩條底線 )，將預設的屬性加入類別裡。

• def __init__(self) 預設帶有一個 self 參數，代表透過類別建立的物件本體，內容使用「.屬性」就能將指定的屬性加入類別中。
• __init__ 可以不用定義，但如果需要有一些預設的屬性，就可以定義在裡面

class human():
    def __init__(self):  # 建立預設屬性的寫法
        self.eye = 2       # 兩個眼睛
        self.ear = 2       # 兩個耳朵
        self.nose = 1      # 一個鼻子
        self.mouth = 1     # 一張嘴巴

除了預設的屬性，也可以自訂屬性，下方的例子定義了 say 和 play 兩個函式作為 human 的屬性，執行後，就等同於一個名為 oxxo 的人說話和玩棒球。

注意，字定義屬性的第一個參數也都必須是 self。

class human():
    def __init__(self):
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
    def say(self, msg):      # 定義 say
        print(msg)
    def play(self, thing):   # 定義 play
        print(thing)

oxxo = human()
oxxo.say('hello')          # hello
oxxo.play('baseball')      # baseball

屬性除了可以定義在類別裡，也可以從外部定義，下面的程式碼額外定義了手 hand 和腳 leg 兩個屬性。

class human():
    def __init__(self):
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
    def say(self, msg):
        print(msg)
    def play(self, thing):
        print(thing)

human.hand = 2    # 定義 hand 屬性
human.leg = 2     # 定義 leg 屬性

oxxo = human()
print(oxxo.hand)  # 2
print(oxxo.leg)   # 2

剛剛有提到 self 這個參數，這個參數代表「透過類別建立的物件本體」，使用 self 可以讀取到這個物件的所有屬性，下方的例子從外部定義了 oxxo.name 的屬性，在 human 裡就能使用 self.name 取得這個屬性。

class human():
    def __init__(self):
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
    def say(self, msg):
        print(f'{self.name} say: {msg}')   # 使用 self.name 取得 name 屬性的值
    def play(self, thing):
        print(thing)

oxxo = human()
oxxo.name = 'oxxo'   # 設定 name 屬性
oxxo.say('hello')    # oxxo say: hello

多個物件同一個類別

一個類別可以產生多個物件 ( 人 human 的類別可以產生無數不同的人 )，每個物件產生後，也可以定義自己特殊的屬性，就如同人誕生後，雖然都有眼睛鼻子嘴巴，但某些人會去學畫畫，某些人會去學鋼琴，下方的程式碼會產生oxxo 和 gkpen 兩個不同的人，oxxo 會自定義 age 屬性，gkpen 會自定義 weight 屬性。

class human():
    def __init__(self):
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
    def say(self, msg):
        print(f'{self.name} say: {msg}')
    def play(self, thing):
        print(thing)

oxxo = human()        # 定義 oxxo
gkpen = human()       # 定義 gkpen
oxxo.name = 'oxxo'    # oxxo 的名字叫做 oxxo
oxxo.age = 18         # oxxo 的 age 為 18

gkpen.name = 'gkpen'  # gkpen 的名字叫做 gkpen
gkpen.weight = 70     # gkpen 的 weight 為 70

oxxo.say('hello')    # oxxo say: hello
print(oxxo.age)      # 18
gkpen.say('song')    # gkpen say: song
print(gkpen.weight)  # 70

如果覺得這樣子定義比較麻煩，也可以在建立類別時，預先設定好一些參數，接著透過類別建立物件時，在做動態的調整，例如下方的例子，在 init 裡建立 age、weight 的參數，建立物件時就能動態傳入。

class human():
    def __init__(self, age, weight):    # 新增 age 和 weight 參數
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
        self.age = age             # 讀取參數，變成屬性
        self.weight = weight       # 讀取參數，變成屬性
    def say(self, msg):
        print(f'{self.name} say: {msg}')
    def play(self, thing):
        print(thing)

oxxo = human(18, 68)            # 建立物件時，設定參數數值
gkpen = human(15, 70)           # 建立物件時，設定參數數值
print(oxxo.age, oxxo.weight)    # 18, 68
print(gkpen.age, gkpen.weight)  # 15, 70

覆寫屬性

如果從外部定義了和類別屬性名稱相同的屬性，就會覆寫內部屬性，下方的例子，從外部定義了 oxxo.play 的屬性，就覆寫原本的 play 屬性。

class human():
    def __init__(self):
        self.eye = 2
        self.ear = 2
        self.nose = 1
        self.mouth = 1
    def say(self, msg):
        print(f'{self.name} say: {msg}')
    def play(self, thing):
        print(thing)

oxxo = human()
oxxo.play = '???'  # 覆寫 play 屬性
print(oxxo.play)   # ???

@property 唯讀屬性

如果在類別裡有些屬性不希望被外部更動，就能夠使用 @property 的裝飾器，將該屬性設為唯讀屬性，下方的例子，oxxo.a 可以將原本的 a 屬性換成 12345，但 oxxo.b 就無法更動 b 屬性，因為 b 屬性已經變成唯讀屬性。

class a:
    def a(self):
        return 'aaaaa'
    @property
    def b(self):
        return 'bbbbb'

oxxo = a()
oxxo.a = '12345'
print(oxxo.a)   # 12345
oxxo.b = '12345'
print(oxxo.b)   # 發生錯誤  can't set attribute

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