python-labs/TEMA9/report.md

1. Запустили интерактивную оболочку IDLE, открыли окно текстового редактора

2. Создание классов и их наследников

2.1. Создание автономного класса

Создам класс с именем Class1, содержащий 2 функции, реализующие его методы

class Class1:               #Объявление класса
    def zad_zn(self,znach): #Метод 1 класса1 – задание значения data
	    self.data=znach # self - ссылка на экземпляр класса
	def otobrazh(self):     # Метод 2 класса1
		print(self.data)#Отображение данных экземпляра класса

Создам 2 экземпляра этого класса

z1=Class1()   #Создаём 1-й экземпляр класса
z2=Class1()   #Создаём 2-й экземпляр класса

С помощью первого метода задам разные значения атрибута у двух экземпляров

z1.zad_zn('экз.класса 1')  #Обращение к методу класса у 1-го экз.
z2.zad_zn(-632.453)         #Обращение к методу класса у 2-го экз.

Для контроля отображу его значения с помощью второго метода

z1.otobrazh()      # Обращение ко второму методу класса
экз.класса 1
z2.otobrazh()
-632.453

Изменю значение атрибута у первого экземпляра и отображу его

z1.data='Новое значение атрибута у экз.1'
z1.otobrazh()
Новое значение атрибута у экз.1

2.2. Создание класса-наследника

В объявлении класса после его имени в скобках перечисляются его «родительские классы»

class Class2(Class1):  #Class2 - наследник класса Class1
    def otobrazh(self):     # Метод  класса Class2 – переопределяет метод родителя
        print('значение=',self.data)#Отображение данных экземпляра

Метод класса имеет то же имя, что и второй метод у родительского класса

Создам экземпляр второго класса

z3=Class2()

Посмотрю список его атрибутов

dir(z3)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'otobrazh', 'zad_zn']

Задам у него значение данного data (унаследовано от Class1)

z3.zad_zn('Совсем новое')

Отображу его для контроля

z3.otobrazh()
значение= Совсем новое

Поскольку метод otobrazh есть и у класса Class2, и у его родительского класса Class1, проанализирую, метод какого класса сработал при выводе этого значения.

Сработал метод класса Class2. Это демонстрация переопределения методов в наследовании. Когда дочерний класс определяет метод с тем же именем, что и родительский класс, метод дочернего класса "перекрывает" родительский метод

Для проверки отображу значение данного data у первого экземпляра первого класса

z1.otobrazh()
Новое значение атрибута у экз.1

Значение не изменилось. Это подтвержает, что каждый экземпляр класса имеет свои собственные атрибуты, изменение атрибута data у экземпляра z3 (класса Class2) никак не влияет на атрибут data у экземпляра z1 (класса Class1), экземпляры классов являются независимыми объектами в памяти

Удалю экземпляры классов инструкцией

del  z1,z2,z3

3. Использование классов, содержащихся в модулях

Создам модуль с именем Mod3

Импортирую первый класс из модуля

from Mod3 import Class1 #Частичный импорт содержимого модуля

z4=Class1()
z4.otobrazh()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#31>", line 1, in <module>
    z4.otobrazh()
  File "C:\Users\User-PC\python-labs\TEMA9\Mod3.py", line 5, in otobrazh
    print(self.data)#Отображение данных экземпляра
AttributeError: 'Class1' object has no attribute 'data'

Ошибка возникла потому, что у экземпляра z4 не был определен атрибут data. При запуске происходит следующее: создается экземпляр z4 класса Class1; вызывается метод otobrazh(), который пытается выполнить print(self.data); но атрибут data еще не был создан, так как метод zad_zn() никогда не вызывался

Решение: нужно сначала установить значение через метод zad_zn() или напрямую присвоить атрибут data

Попробую иначе

from Mod3 import Class1
z4=Class1()
z4.data='значение данного data у экз.4'
z4.otobrazh()
значение данного data у экз.4

Удалю экземпляр z4 и после этого импортирую модуль целиком

del z4
import Mod3  #Полный импорт содержимого модуля

Создам экземпляр класса теперь инструкцией

import Mod3  #Полный импорт содержимого модуля
z4=Mod3.Class2()
z4.zad_zn('Класс из модуля')
z4.otobrazh()
значение= Класс из модуля
Mod3.otobrazh('Объект')
значение объекта= Объект

Ключевые различия: метод класса работает с атрибутами экземпляра (self.data), самостоятельная функция работает с переданным ей аргументом (objekt), класс Class2 переопределил метод otobrazh, добавив префикс "значение=", разные способы импорта (from Mod3 import Class1 vs import Mod3) влияют на пространство имен

4. Использование специальных методов

Имена специальных методов предваряются одним или двумя подчерками и имеют вид: <имя специального метода>

Специальные методы (dunder methods - double underscore) нужны для реализации определенного поведения объектов в Python. Их особенности: автоматический вызов - вызываются интерпретатором в определенных ситуациях; перегрузка операторов - позволяют определить поведение объектов при использовании операторов (+, -, *, / и т.д.); эмуляция встроенных типов - позволяют создаваемым классам вести себя как встроенные типы Python; контроль жизненного цикла - управление созданием, инициализацией и удалением объектов; синтаксический сахар - делают код более читаемым и интуитивно понятным

Cоздам класс, содержащий два специальных метода

class Class3(Class2):  #Наследник класса Class2, а через него – и класса Class1
    def __init__(self,znach): #Конструктор-вызывается при создании нового экземпляра класса
        self.data=znach
    def __add__(self,drug_zn):  #Вызывается, когда экземпляр участвует в операции «+»
        return Class3(self.data+drug_zn)
    def zad_dr_zn(self,povtor):  #А это - обычный метод
	    self.data*=povtor

Для иллюстрации работы этих методов создам экземпляр класса Class3 и отображу его

z5=Class3('abc') #При создании экземпляра срабатывает конструктор
z5.otobrazh()
значение= abc

Теперь выполню операцию «+» (должен сработать специальный метод add)

z6=z5+'def'
z6.otobrazh()
значение= abcdef

Обращусь к обычному методу класса

z6.zad_dr_zn(3)
z6.otobrazh()
значение= abcdefabcdefabcdef

5. Присоединение атрибутов к классу

Выведу список атрибутов класса Class3

dir(Class3)
['__add__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'otobrazh', 'zad_dr_zn', 'zad_zn']

Создам новый атрибут класса простым присваиванием

Class3.fio='Иванов И.И.'

Вновь выведу список атрибутов и увижу, что у класса появился новый атрибут fio

dir(Class3)
['__add__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'fio', 'otobrazh', 'zad_dr_zn', 'zad_zn']

Создам экземпляр

z7=Class3(123)

Выведу список атрибутов экземпляра. Сделаю формальную проверку, чтобы понять совпадает ли он с атрибутами класса

dir(z7)
['__add__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'data', 'fio', 'otobrazh', 'zad_dr_zn', 'zad_zn']
dir(z7)==dir(Class3)
False

Различия: dir(Class3) показывает атрибуты класса (методы, классовые атрибуты); dir(z7) показывает атрибуты экземпляра (данные экземпляра + атрибуты класса); у экземпляра появляются атрибуты data, rozden, которых нет в списке атрибутов класса

Отображу значение атрибута fio у экземпляра z7

print(z7.fio)
Иванов И.И.

Полученное значение совпадает со значением атрибута класса. Поскольку fio был добавлен к классу Class3, а у экземпляра z7 такого атрибута нет, Python находит его на уровне класса

Объявлю новый атрибут у созданного экземпляра. После выведу список атрибутов экземпляра z7 и увижу, что в нем появился атрибут rozden

z7.rozden='1987'
dir(z7)
['__add__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'data', 'fio', 'otobrazh', 'rozden', 'zad_dr_zn', 'zad_zn']

Вновь выведу список атрибутов класса Class3. Увижу появился ли атрибут rozden у класса

dir(Class3)
['__add__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__firstlineno__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__static_attributes__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'fio', 'otobrazh', 'zad_dr_zn', 'zad_zn']

Этот атрибут не появился. Атрибут rozden был добавлен только к экземпляру z7, но не к классу Class3. Изменения на уровне экземпляра не влияют на класс

6. Выявление родительских классов

Такое выявление делается с помощью специального атрибута bases

Выведу родительский класс для созданного класса Class3

Class3.__bases__
(<class '__main__.Class2'>,)

Выведу родительский класс для созданного класса Class2

Class2.__bases__
(<class '__main__.Class1'>,)

Выведу родительский класс для созданного класса Class1

Class1.__bases__
(<class 'object'>,)

Для получения всей цепочки наследования использую атрибут mro

Class3.__mro__
(<class '__main__.Class3'>, <class '__main__.Class2'>, <class '__main__.Class1'>, <class 'object'>)

Получу всю цепочку наследования для встроенного класса ошибок «деление на ноль»

ZeroDivisionError.__mro__
(<class 'ZeroDivisionError'>, <class 'ArithmeticError'>, <class 'Exception'>, <class 'BaseException'>, <class 'object'>)

7. Создание свойства класса.

Свойство (property) класса – это особый атрибут класса, с которым можно производить операции чтения или задания его значения, а также удаление значения этого атрибута

Создам новый класс с определенным в нем свойством. Здесь имеется 3 метода: chten, zapis, stiran, которые обслуживают созданное свойство, реализуя операции, соответственно, чтения, записи или удаления значений свойства

class Class4:
	def __init__(sam,znach):
		sam.__prm=znach
	def chten(sam):
		return sam.__prm
	def zapis(sam,znch):
		sam.__prm=znch
	def stiran(sam):
		del sam.__prm
	svojstvo=property(chten,zapis,stiran)

Попробуем некоторые операции с этим свойством

exempl=Class4(12)
exempl.svojstvo # Чтение
12
exempl.svojstvo=45 # Запись нового значения
print(exempl.svojstvo)
45
del exempl.svojstvo # Удаление атрибута
exempl.svojstvo # Попытка чтения после удаления
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#75>", line 1, in <module>
    exempl.svojstvo
  File "<pyshell#69>", line 5, in chten
    return sam.__prm
AttributeError: 'Class4' object has no attribute '_Class4__prm'

Полученный результат и объяснение: после выполнения del exempl.svojstvo происходит следующее: вызывается метод stiran, который выполняет del sam.__prm; удаляется приватный атрибут __prm у экземпляра; при последующей попытке чтения exempl.svojstvo: вызывается метод chten; метод пытается вернуть sam.__prm; но атрибут __prm уже удален; возникает ошибка AttributeError

8. Рассмотрите пример представления в виде класса модели системы автоматического регулирования (САР), состоящей из последовательного соединения усилителя и двух инерционных звеньев, охваченных отрицательной обратной связью с усилителем.

Создам модуль SAU.py с классом

Тестирование класса произведу с помощью следующей программы:

Запущу программу на выполнение и изучу вид выходного сигнала при разных значениях параметров САР

y= 0.0
y= 0.2173913043478261
y= 0.4763705103969754
y= 0.686594887811293
y= 0.8199324616478645
y= 0.8837201137353929
y= 0.8994188484874774
y= 0.8892777072047301
y= 0.870097963179993
y= 0.8518346102696789
y= 0.8387499784485772
y= 0.8314204114211459
y= 0.8286051955249649
y= 0.8285656555914835
y= 0.8297915186846528
y= 0.8312697736438287
y= 0.8324765218921963
y= 0.8332456979978418
y= 0.8336163607592184
y= 0.8337101315489143
y= 0.833654237067147

Построился график переходного процесса системы