《Python AI 应用开发入门》第 4.1 节。
理解类、对象、属性、方法、self 和实例化,并使用 ChatSession 封装会话状态。
本节目标
学完本节后,你应当能够:
- 3. 使用
__init__ 设置对象的初始状态。 - 7. 避免把可变数据错误地放在所有对象共享的位置。
- 8. 判断什么时候适合使用类,什么时候普通函数已经足够。
- 9. 使用
ChatSession 封装聊天会话。
1. 为什么需要对象
上一章可以用字典保存会话,用函数操作它:
session = { "title": "Python 学习", "messages": [],}def add_message(session, role, content): session["messages"].append( { "role": role, "content": content, } )
这种写法没有错。程序较小时,字典和函数往往已经足够。
随着功能增加,问题会逐渐出现:
- • 任意代码都能直接把
messages 改成错误类型。
类可以把“会话的数据”和“操作会话的行为”放进同一个边界。
2. 类是蓝图,对象是实例
使用 class 定义类:
class ChatSession: pass
类描述一类对象应该具有什么结构和行为。现在它还是一个空蓝图。
在类名后加括号会创建对象,这个过程叫实例化:
first_session = ChatSession()second_session = ChatSession()
first_session 和 second_session 都是 ChatSession 的实例,但它们是两个不同对象:
print(isinstance(first_session, ChatSession)) # Trueprint(first_session is second_session) # False
可以这样理解:
类名通常使用大驼峰命名,例如 ChatSession、ModelClient、UserProfile。
3. 使用 init 设置初始状态
空对象还没有标题和消息。可以在类中定义 __init__:
class ChatSession: def __init__(self, title): self.title = title self.messages = []
创建对象时:
session = ChatSession("Python 学习")
Python 大致会完成:
- 1. 创建一个新的
ChatSession 对象。 - 4. 把字符串
"Python 学习" 传给参数 title。
完成后可以读取属性:
print(session.title) # Python 学习print(session.messages) # []
__init__ 常被称为初始化方法。它负责让新对象从一开始就处于可用状态。
注意:__init__ 不是“创建对象本身”的普通函数,它是在对象已经产生后设置初始状态。初学阶段把它理解为“创建实例时自动执行的初始化方法”即可。
4. self 表示当前对象
self 是实例方法的第一个参数,表示本次调用正在操作的对象。
class ChatSession: def __init__(self, title): self.title = title
调用:
session = ChatSession("Python 学习")
执行 __init__ 时,self 指向刚创建的 session。因此:
self.title = title
可以理解为“把参数 title 保存到当前对象的 title 属性中”。
再创建一个对象:
python_session = ChatSession("Python")ai_session = ChatSession("AI")print(python_session.title) # Pythonprint(ai_session.title) # AI
两次调用中的 self 分别指向不同对象,所以属性不会混在一起。
self 不是 Python 关键字,理论上可以换成其他名字,但所有正常 Python 代码都使用 self。不要改变这个约定。
5. 属性保存状态
属性是属于对象的数据,使用点号访问:
session.titlesession.messages
下面给会话增加模型名称:
class ChatSession: def __init__(self, title, model="demo-model"): self.title = title self.model = model self.messages = []
每个实例拥有自己的属性值:
first = ChatSession("快速问答")second = ChatSession("代码助手", model="code-model")print(first.model) # demo-modelprint(second.model) # code-model
需要每个对象独立拥有的可变数据,应该在 __init__ 中创建。self.messages = [] 每次初始化都会创建新列表:
first.messages.append("只属于 first")print(first.messages) # ['只属于 first']print(second.messages) # []
6. 方法定义对象行为
定义在类中、用来操作对象的函数称为方法:
class ChatSession: def __init__(self, title): self.title = title self.messages = [] def add_message(self, role, content): message = { "role": role, "content": content, } self.messages.append(message) def message_count(self): return len(self.messages)
通过对象调用方法:
session = ChatSession("函数答疑")session.add_message("user", "什么是对象?")print(session.message_count()) # 1
执行:
session.add_message("user", "什么是对象?")
时,Python 会自动把 session 作为第一个参数传给 self。因此调用位置不需要手动传入 self。
方法与普通函数的核心差别不在语法能力,而在归属关系:方法属于类,并且通常通过 self 读取或修改当前对象。
7. 在方法中验证数据
不要让无效状态进入对象:
class ChatSession: ALLOWED_ROLES = ("system", "user", "assistant") def __init__(self, title): cleaned_title = title.strip() if not cleaned_title: raise ValueError("会话标题不能为空") self.title = cleaned_title self.messages = [] def add_message(self, role, content): cleaned_role = role.strip().lower() cleaned_content = content.strip() if cleaned_role not in self.ALLOWED_ROLES: raise ValueError(f"不支持的消息角色:{role}") if not cleaned_content: raise ValueError("消息内容不能为空") self.messages.append( { "role": cleaned_role, "content": cleaned_content, } )
这里保证:
对象需要始终满足的规则称为不变量。把修改入口集中到方法中,更容易维护这些规则。
ALLOWED_ROLES 暂时只需要理解为类中定义的共享常量。实例属性与类属性会在下一节详细区分。
8. 返回数据时避免暴露内部列表
如果直接返回内部列表:
def get_messages(self): return self.messages
调用者可以绕过 add_message():
messages = session.get_messages()messages.append({"role": "错误角色", "content": ""})
可以返回一个浅复制:
def get_messages(self): return self.messages.copy()
这样调用者修改返回的列表,不会增删会话内部的列表项:
messages = session.get_messages()messages.clear()print(session.message_count()) # 原会话数量不变
这里复制的是列表容器,列表中的字典仍然是同一批字典。完整的数据保护会在使用数据类后继续改进。
9. 一个完整的 ChatSession
class ChatSession: ALLOWED_ROLES = ("system", "user", "assistant") def __init__(self, title, model="demo-model"): cleaned_title = title.strip() if not cleaned_title: raise ValueError("会话标题不能为空") self.title = cleaned_title self.model = model self.messages = [] def add_message(self, role, content): cleaned_role = role.strip().lower() cleaned_content = content.strip() if cleaned_role not in self.ALLOWED_ROLES: raise ValueError(f"不支持的消息角色:{role}") if not cleaned_content: raise ValueError("消息内容不能为空") self.messages.append( { "role": cleaned_role, "content": cleaned_content, } ) def message_count(self): return len(self.messages) def recent_messages(self, limit=5): if limit <= 0: raise ValueError("limit 必须大于 0") return self.messages[-limit:].copy() def get_messages(self): return self.messages.copy() def to_dict(self): return { "title": self.title, "model": self.model, "messages": self.get_messages(), }
使用:
session = ChatSession("Python 类答疑")session.add_message("user", "类和对象有什么区别?")session.add_message("assistant", "类是蓝图,对象是具体实例。")print(session.message_count())print(session.recent_messages(limit=1))print(session.to_dict())
to_dict() 把对象转换为上一章熟悉的字典结构,之后可以交给 JSON 存储模块。类并不替代 JSON;对象适合程序运行期间维护行为,字典和 JSON 适合交换与持久化数据。
10. 常见错误
忘记在方法中写 self
class ChatSession: def add_message(role, content): pass
通过实例调用时,Python 仍会自动传入当前对象,参数数量便无法对应。实例方法的第一个参数应写成 self。
忘记使用 self. 保存属性
class ChatSession: def __init__(self, title): title = title.strip()
这里只修改了局部变量,没有创建 self.title。初始化后访问 session.title 会触发 AttributeError。
在方法外忘记实例化
# 错误:类本身不是某一个具体会话# ChatSession.add_message("user", "你好")session = ChatSession("问答")session.add_message("user", "你好")
把类当成字典
# session["title"]session.title
对象通常通过属性和方法提供接口,不再使用字典下标访问所有内容。
11. 什么时候使用类
适合使用类的信号:
- • 一个概念具有清楚的生命周期,例如会话从创建到关闭。
普通函数更合适的情况:
例如清理文本仍然适合普通函数:
def normalize_text(text): return text.strip()
面向对象不是目标,而是组织复杂状态的一种工具。
动手练习
练习 1:创建会话
定义 ChatSession:
练习 2:维护会话规则
实现:
- •
add_message(role, content)。 - •
recent_messages(limit=5)。 - • 拒绝空标题、空消息、无效角色和非正数
limit。
练习 3:导出字典
实现 to_dict(),返回可交给 json.dumps() 的字典。修改返回字典中的消息列表后,确认原会话的消息数量没有变化。
随堂小测
- 2. 创建
ChatSession("学习") 时,__init__ 何时执行? - 3.
self 表示什么?为什么调用方法时不手动传入? - 4.
title 与 self.title 有什么区别? - 5. 为什么每个会话的消息列表应在
__init__ 中创建?
参考答案
- 1. 类是蓝图;对象是按蓝图创建的具体值;对象也是该类的实例;调用类创建实例的过程叫实例化。
- 2. 新对象产生后,Python 会自动调用
__init__ 设置初始状态。 - 3.
self 表示当前实例;通过实例调用方法时,Python 自动把该实例传给第一个参数。 - 4.
title 是当前函数调用中的局部参数,self.title 是保存在对象上的属性。 - 5. 这样每次实例化都会创建新列表,多个会话不会共享消息。
- 6. 属性保存对象状态,方法定义对象能够执行的行为。
- 7. 调用者可能绕过验证逻辑,直接破坏对象内部状态。
- 8. 逻辑简单、无长期状态且输入输出明确时,普通函数通常更直接。