全网最适合入门的面向目标编程教程：20 类和目标的 Python 完成-组合联系的完成与 CSV 文件保存
全网最合适入门的面向方针编程教程：20 类和方针的 Python 完结-组合联系的完结与 CSV 文件保存
摘要：
本文首要介绍了在运用 Python 面向方针编程时，怎么完结组合联系，一起对比了组合联系和承继联系的优缺点，并解说了怎么经过 csv 模块来保存 Python 接纳/生成的数据。
原文链接：
FreakStudio的博客
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文档和代码获取：
可拜访如下链接进行对文档下载：
https://github.com/leezisheng/Doc
本文档首要介绍怎么运用 Python 进行面向方针编程，需求读者对 Python 语法和单片机开发具有根本了解。比较其他解说 Python 面向方针编程的博客或书本而言，本文档愈加具体、侧重于嵌入式上位机运用，以上位机和下位机的常见串口数据收发、数据处理、动态图制作等为运用实例，一起运用 Sourcetrail 代码软件对代码进行可视化阅览便于读者了解。
相关示例代码获取链接如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo
正文
前面讲了面向类与方针的承继，知道了承继是一种什么“是”什么的联系。但是类与类之间还有另一种联系，这便是组合。组合是将几个方针搜集在一起生成一个新方针的行为。当一个方针是别的一个方针的一部分时，组合一般是不错的挑选。
例如，轿车是由发动机、传动装置、发动装置、车前灯、挡风玻璃以及其他部件组成的，发动机又是由活塞、曲柄轴和阀门等组合而成的。轿车是发动机等多个元器件的笼统，而发动机是活塞等元器件的笼统，二者处于不同的层次而又有互相交互的接口，组合是供给不同笼统层的好办法。轿车方针能够供给司机所需求的接口，一起也能够获取内涵组成部分，从而为机械师供给合适操作的深层笼统。当然，假如机械师需求更多信息来确诊问题或调整发动机，这些组成部分也能够进一步被细分。
总的来说，组合便是让不同的类混合而且参加其他类中来增加功用和代码重用性，这种适用于由多个小类组成一个大类的状况，而且不需求对小类进行太多修正。在前面示例中，咱们完结了主机的串口收发和绘图功用，在实践运用中，咱们往往需求将传感器数据存储到文件中，以便后续的检查和处理，很明显前面的传感器数据为一维的时刻序列数据，合适存储为表格类型（即列标题为索引和值），咱们一般将该类数据保存为 csv 格局文件，csv 是一种字符串文件的格局，它安排数据的语法便是在字符串之间加分隔符（行与行之间是加换行符，同行字符之间是加逗号分隔），能够用恣意的文本编辑器翻开（如记事本），也能够用 Excel 翻开，还能够经过 Excel 把文件另存为 csv 格局。用 csv 格局存储数据，读写比较便利，易于完结，文件也会比 Excel 文件小。但 csv 文件短少 Excel 文件自身的许多功用，如不能嵌入图画和图表，不能生成公式等等。
操作 csv 文件咱们需求凭借 csv 模块，python 自带 csv 模块，不需求咱们运用 pip 装置，咱们能够点击如下链接检查 csv 模块运用办法：
https://docs.python.org/zh-cn/3.13/library/csv.html#csv.writer
这儿，咱们首要界说一个 FileIOClass 类，其间具有初始化办法、写入传感器数据到文件办法和封闭文件办法，示例代码如下：
import csv
_# 运用typing模块供给的复合注解功用_
from typing import List
class FileIOClass:
def __init__(self,path:str="G:\\Python面向方针编程\\Demo\\file.csv"):
'''
初始化csv文件和列标题
:param path: 文件途径和文件名
'''
self.path = path
_# path为输出途径和文件名，newline=''是为了不呈现空行_
self.csvFile = open(path, "w+", newline='')
_# rowname为列名，index-索引，data-数据_
self.rowname = ['index', 'data']
_# 回来一个writer方针，将用户的数据在给定的文件型方针上转换为带分隔符的字符串_
self.writer = csv.writer(self.csvFile)
_# 写入csv文件的列标题_
self.writer.writerow( self.rowname)
def WriteFile(self,index:List[int],data:List[int])->None:
'''
:param index: 传感器索引列表
:param data: 传感器数据列表
:return:
'''
writedatalist = []
for i in range(len(data)):
writedatalist.append([index[i],data[i]])
_# 将列表中的每个元素将被写入CSV文件的一列中_
self.writer.writerow(writedatalist[i])
def CloseFile(self)->None:
'''
封闭文件
:return: None
'''
self.csvFile.close()
这儿，在初始化办法中，咱们需求传入文件保存途径。之后创立一个 writer 方针，将用户的数据在给定的文件型方针上转换为带分隔符的字符串，一起写入 csv 文件的列标题。在 WriteFile 办法中传入数据的索引列表用于表明数据的先后顺序，之后是数据列表（这儿的类型注解需求运用 typing 模块供给的复合注解功用），并循环将每个元素将被写入 CSV 文件的一列中，最终界说了文件的封闭办法。
在主函数中，咱们创立 FileIOClass 方针，写入模仿传感器数据后封闭文件，以下为示例代码和运转作用：
if __name__ == '__main__':
path = "G:\\Python面向方针编程\\Demo\\file.csv"
data = [11,42,307,46,55,61,78,80,19,11]
index = [count for count in range(len(data))]
file = FileIOClass(path)
file.WriteFile(index,data)
file.CloseFile()
这儿，咱们能够直接在 MasterClass 类的初始化中创立 FileIOClass 类的实例化方针来完结组合。代码如下：
_# 文件保存途径_
self.savepath = "G:\\Python面向方针编程\\Demo\\file.csv"
_# 创立FileIOClass类的实例化方针_
self.fileio = FileIOClass(self.savepath)
经过 sourcetrail，咱们能够明晰看到类之间的组合与承继联系：
在主程序中，咱们在主机接纳 10 次数据后，将数据保存到 file.csv 中：
if __name__ == "__main__":
_ # 创立数据列表_
datalist = []
m = MasterClass(state = MasterClass.IDLE_STATE,
port = "COM17",
wintitle = "Basic plotting examples",
plottitle = "Updating plot",
width = 1000,
height = 600)
m.StartMaster()
m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDID_CMD)
m.RecvSensorID()
# 循环10次接纳数据
for i in range(10):
m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDVALUE_CMD)
value = m.RecvSensorValue()
datalist.append(value)
indexlist = [count for count in range(len(datalist))]
# 写入数据
m.fileio.WriteFile(indexlist,datalist)
m.fileio.CloseFile()
如下为运转作用：
现在，整个文件的完好代码如下，能够看到单单是这么一个简略程序就有了三百多行，关于代码查找修正来讲，十分不方便。一起咱们注意到，几个不同类之间好像功用并不相同，不应该放到一个文件中。下一节咱们将会说怎么运用 Python 中的模块和包来安排咱们的代码。
完好代码如下：
_# 串口相关库_
import serial
import serial.tools.list_ports
_# 行列相关_
import queue
import random
_# 日志输出相关库_
import logging
_# 曲线作图相关库_
import pyqtgraph as pg
import numpy as np
from pyqtgraph.Qt import QtCore
_# 文件读写相关库_
import csv
_# 运用typing模块供给的复合注解功用_
from typing import List
import time
_# # 设置日志输出等级_
_# logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)_
_# 在装备下日志输出方针文件和日志格局_
LOG_FORMAT="%(asctime)s-%(levelname)s-%(message)s"
logging.basicConfig(filename='my.log',level=logging.DEBUG,format=LOG_FORMAT)
class SerialClass:
_# 限制SerialClass方针只能绑定以下特点_
__slots__ = ('dev','_SerialClass__devstate')
_# 初始化_
_# 运用默许参数_
def __init__(self,
devport:str = "COM17",
devbaudrate:int = 115200,
devbytesize:int = serial.EIGHTBITS,
devparity :str = serial.PARITY_NONE,
devstopbits:int = serial.STOPBITS_ONE):
_# 直接传入serial.Serial()类_
self.dev = serial.Serial()
self.dev.port = devport
self.dev.baudrate = devbaudrate
self.dev.bytesize = devbytesize
self.dev.parity = devparity
self.dev.stopbits = devstopbits
_# 表明串口设备的状况-翻开或许封闭_
_# 初始化时为封闭_
self.__devstate = False
print("SerialClass init")
logging.info("SerialClass init")
_# 取值办法_
@property
def devstate(self):
return self.__devstate
_# 翻开串口_
def OpenSerial(self):
print("SerialClass-OpenSerial")
logging.info("SerialClass-OpenSerial")
self.dev.open()
self.__devstate = True
_# 封闭串口_
def CloseSerial(self):
print("SerialClass-CloseSerial")
logging.info("SerialClass-CloseSerial")
self.dev.close()
self.__devstate = False
_# 串口读取_
def ReadSerial(self):
print("SerialClass-ReadSerial")
logging.info("SerialClass-ReadSerial")
if self.__devstate:
_# 堵塞办法读取_
_# 按行读取_
data = self.dev.readline()
_# 收到为二进制数据_
_# 用utf-8编码将二进制数据解码为unicode字符串_
_# 字符串转为int类型_
data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
return data
_# 串口写入_
def WriteSerial(self,write_data):
print("SerialClass-WriteSerial")
logging.info("SerialClass-WriteSerial")
if self.__devstate:
_# 非堵塞办法写入_
self.dev.write(write_data.encode())
_# 输出换行符_
_# write的输入参数有必要是bytes 格局_
_# 字符串数据需求encode()函数将其编码为二进制数据，然后才能够顺畅发送_
_# \r\n表明换行回车_
self.dev.write('\r\n'.encode())
def RetSerialState(self):
if self.dev.isOpen():
self.__devstate = True
return True
else:
self.__devstate = False
return False
class PlotClass:
_# 绘图类初始化_
def __init__(self,wintitle:str="Basic plotting examples",plottitle:str="Updating plot",width:int=1000,height:int=600):
'''
用于初始化Plot类
:param wintitle: 窗口标题
:param plottitle: 图层标题
:param width: 窗口宽度
:param height: 窗口高度
'''
_# Qt运用实例方针_
self.app = None
_# 窗口方针_
self.win = None
_# 设置窗口标题_
self.title = wintitle
_# 设置窗口尺度_
self.width = width
self.height = height
_# 传感器数据_
self.value = 0
_# 计数变量_
self.__count = 0
_# 传感器数据缓存列表_
self.valuelist = []
_# 绘图曲线_
self.curve = None
_# 图层方针_
self.plotob = None
_# 图层标题_
self.plottitle = plottitle
_# 守时器方针_
self.timer = QtCore.QTimer()
_# 守时时刻_
self.time = 0
_# Qt运用和窗口初始化_
self.appinit()
print("PLOT INIT SUCCESS")
logging.info("PLOT INIT SUCCESS")
_# 运用程序初始化_
def appinit(self):
'''
用于qt运用程序初始化，增加窗口、曲线和图层
:return: None
'''
_# 创立一个Qt运用，并回来该运用的实例方针_
self.app = pg.mkQApp("Plotting Example")
_# 生成多面板图形_
_# show：(bool) 假如为 True，则在创立小部件后当即显现小部件。_
_# title：(str 或 None)假如指定，则为此小部件设置窗口标题。_
self.win = pg.GraphicsLayoutWidget(show=True, title=self.title)
_# 设置窗口尺度_
self.win.resize(self.width, self.height)
_# 进行窗口大局设置，setConfigOptions一次性装备多项参数_
_# antialias启用抗锯齿，useNumba对图画进行加快_
pg.setConfigOptions(antialias=True, useNumba=True)
_# 增加图层_
self.plotob = self.win.addPlot(title=self.plottitle)
_# 增加曲线_
self.curve = self.plotob.plot(pen='y')
_# 接纳数据_
def GetValue(self,value):
'''
用于接纳传感器数据，参加缓存列表
:param value: 传感器数据
:return: None
'''
self.value = value
_# 参加数据缓存列表_
self.valuelist.append(value)
print("PLOT RECV DATA : "+str(self.value))
logging.info("PLOT RECV DATA : "+str(self.value))
_# 更新曲线数据_
def DataUpdate(self):
'''
用于守时进行曲线更新,这儿模仿制作正弦曲线
:return: None
'''
_# 模仿制作正弦曲线_
_# 计数变量更新_
self.__count = self.__count + 0.1
self.value = np.sin(self.__count)
self.GetValue(self.value)
_# 将数据转化为图形_
self.curve.setData(self.valuelist)
_# 设置守时更新_
def SetUpdate(self,time:int = 100):
'''
设置守时更新使命
:param time: 守时的时刻
:return: None
'''
_# 守时器完毕，触发DataUpdate办法_
self.timer.timeout.connect(self.DataUpdate)
_# 发动守时器_
self.timer.start(time)
_# 守时时刻_
self.time = time
print("PLOT SET UPDATA")
logging.info("PLOT SET UPDATA")
_# 进入主事情循环并等候_
pg.exec()
class FileIOClass:
def __init__(self,path:str="G:\\Python面向方针编程\\Demo\\file.csv"):
'''
初始化csv文件和列标题
:param path: 文件途径和文件名
'''
self.path = path
_# path为输出途径和文件名，newline=''是为了不呈现空行_
self.csvFile = open(path, "w+", newline='')
_# rowname为列名，index-索引，data-数据_
self.rowname = ['index', 'data']
_# 回来一个writer方针，将用户的数据在给定的文件型方针上转换为带分隔符的字符串_
self.writer = csv.writer(self.csvFile)
_# 写入csv文件的列标题_
self.writer.writerow(self.rowname)
def WriteFile(self,index:List[int],data:List[int])->None:
'''
:param index: 传感器索引列表
:param data: 传感器数据列表
:return:
'''
writedatalist = []
for i in range(len(data)):
writedatalist.append([index[i],data[i]])
_# 将列表中的每个元素将被写入CSV文件的一列中_
self.writer.writerow(writedatalist[i])
def CloseFile(self)->None:
'''
封闭文件
:return: None
'''
self.csvFile.close()
class SensorClass(SerialClass):
_# 类变量：_
_# RESPOND_MODE -呼应形式-0_
_# LOOP_MODE -循环形式-1_
RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
_# 类变量：_
_# START_CMD - 敞开指令 -0_
_# STOP_CMD - 封闭指令 -1_
_# SENDID_CMD - 发送ID指令 -2_
_# SENDVALUE_CMD - 发送数据指令 -3_
START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)
_# 类的初始化_
def __init__(self,port:str = "COM11",id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE):
_# 调用父类的初始化办法，super() 函数将父类和子类衔接_
super().__init__(port)
self.sensorvalue = 0
self.sensorid = id
self.sensorstate = state
print("Sensor Init")
logging.info("Sensor Init")
@staticmethod
_# 判别传感器ID号是否正确：这儿判别ID号是否在0到99之间_
def IsTrueID(id:int = 0):
if id >= 0 and id <= 99:
print("Sensor ID True")
return True
else:
print("Sensor ID False")
return False
_# 传感器上电初始化_
def InitSensor(self):
_# 传感器上电初始化作业_
_# 一起输出ID号以及状况_
print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))
logging.info("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))
_# 敞开传感器_
def StartSensor(self):
super().OpenSerial()
print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
logging.info("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
_# 中止传感器_
def StopSensor(self):
super().CloseSerial()
print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))
logging.info("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))
_# 发送传感器ID号_
def SendSensorID(self):
super().WriteSerial(str(self.sensorid))
print("Sensor %d send id "%self.sensorid)
logging.info("Sensor %d send id "%self.sensorid)
_# 发送传感器数据_
def SendSensorValue(self):
_# 生成[1, 10]内的随机整数_
data = random.randint(1, 10)
super().WriteSerial(str(data))
print("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data))
logging.info("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data))
_# 接纳主机指令_
def RecvMasterCMD(self):
cmd = super().ReadSerial()
print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
logging.info("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
return cmd
class MasterClass(SerialClass,PlotClass):
_# 类变量：_
_# BUSY_STATE -繁忙状况-0_
_# IDLE_STATE -闲暇状况-1_
BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1)
_# 类变量：_
_# START_CMD - 敞开指令 -0_
_# STOP_CMD - 封闭指令 -1_
_# SENDID_CMD - 发送ID指令 -2_
_# SENDVALUE_CMD - 发送数据指令 -3_
START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)
_# 类的初始化_
def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17",wintitle:str="Basic plotting examples",plottitle:str="Updating plot",width:int=1000,height:int=600):
_# 别离调用不同父类的__init__办法_
SerialClass.__init__(self,port)
PlotClass.__init__(self,wintitle,plottitle,width,height)
self.valuequeue = queue.Queue(10)
self.__masterstatue = state
_# 初始化完结的标志量_
self.INIT_FLAG = False
_# 文件保存途径_
self.savepath = "G:\\Python面向方针编程\\Demo\\file.csv"
_# 创立FileIOClass类的实例化方针_
self.fileio = FileIOClass(self.savepath)
print("MASTER INIT SUCCESSS")
logging.info("MASTER INIT SUCCESSS")
@classmethod
def MasterInfo(cls):
print("Info : "+str(cls))
_# 敞开主机_
def StartMaster(self):
super().OpenSerial()
print("START MASTER :"+self.dev.port)
logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)
_# 中止主机_
def StopMaster(self):
super().CloseSerial()
print("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)
logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)
_# 接纳传感器ID号_
def RecvSensorID(self):
sensorid = super().ReadSerial()
print("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
return sensorid
_# 接纳传感器数据_
def RecvSensorValue(self):
data = super().ReadSerial()
print("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
self.valuequeue.put(data)
return data
_# 主机发送指令_
def SendSensorCMD(self,cmd):
super().WriteSerial(str(cmd))
print("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))
logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))
_# 主机回来作业状况-_
def RetMasterStatue(self):
return self.__masterstatue
_# 重写父类的DataUpdate办法_
def DataUpdate(self):
self.SendSensorCMD(self.SENDVALUE_CMD)
self.value = self.RecvSensorValue()
self.WriteSerial("Recv:"+str(self.value))
self.GetValue(self.value)
self.curve.setData(self.valuelist)
print("PLOT UPDATA : " + str(self.value))
logging.info("PLOT UPDATA : " + str(self.value))
class DevClass(SerialClass):
def __init__(self,port:str = "COM1"):
super().__init__(port)
_# 敞开设备_
def StartDev(self):
super().OpenSerial()
print("START Dev :" + self.dev.port)
def ReadSerial(self,byte_size):
if super().RetSerialState():
data = self.dev.read(byte_size)
data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
return data
_# 判别串口类方针的串口是否敞开_
def IsSerialConnected(serialclass):
return serialclass.RetSerialState()
if __name__ == "__main__":
_# 创立数据列表_
datalist = []
