全網最適合入門的面向對象編程教程：11 類和對象的Python實現-子類調用父類方法-模擬串口感測器和主機

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本節課，我們主要講解了在Python類的繼承中子類如何進行初始化、調用父類的屬性和方法，同時講解了模擬串口感測器和主機類的具體實現，並使用xcom串口助手與兩個類進行串口通信使用。 ...


全網最適合入門的面向對象編程教程：11 類和對象的 Python 實現-子類調用父類方法-模擬串口感測器和主機

摘要：

本節課，我們主要講解了在 Python 類的繼承中子類如何進行初始化、調用父類的屬性和方法，同時講解了模擬串口感測器和主機類的具體實現，並使用 xcom 串口助手與兩個類進行串口通信使用。

原文鏈接：

FreakStudio 的博客

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文檔和代碼獲取：

可訪問如下鏈接進行對文檔下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

image

本文檔主要介紹如何使用 Python 進行面向對象編程，需要讀者對 Python 語法和單片機開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 面向對象編程的博客或書籍而言，本文檔更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串口數據收發、數據處理、動態圖繪製等為應用實例，同時使用 Sourcetrail 代碼軟體對代碼進行可視化閱讀便於讀者理解。

相關示例代碼獲取鏈接如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

模擬串口感測器和主機類的具體實現：

接下來看一下我們新建的兩個類方法的具體實現，可以明確的是，SensorClass 和 MasterClass 都需要調用 SerialClass 類中有關串口收發的方法，也就是子類調用父類的方法，子類調用父類的方法有三種方式：

  • 父類名.方法名(self)：此時需要加上父類的類名首碼，且需要帶上 self 參數變數。該方法單繼承或多繼承均適用。
  • super(子類名，self).父類方法名()/super().父類方法名：使用 super()函數，但如果涉及多繼承，該函數只能調用第一個直接父類的構造方法。

SensorClass 類的實現

（1）首先，我們將 SensorClass 中工作狀態的對應字元表示和命令對應字元表示設置為類屬性，什麼意思？我們來看如下代碼：

class SensorClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   RESPOND_MODE-響應模式-0_
    _#   LOOP_MODE   -迴圈模式-1_
    RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 發送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 發送數據命令   -3_
    START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

類屬性歸類所有，與前面講的實例屬性不同，類屬性就相當與全局變數，是實例對象共有的屬性，類屬性影響類的所有對象；而實例對象的屬性為實例對象自己私有，實例屬性隻影響當前對象。類屬性常用於存儲常量、定義預設值或構造一個所有對象都能訪問的緩存。

這裡，我們定義了兩種類屬性：

RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)

用於表示 SensorClass 不同工作模式。

START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

用於表示不同命令。

（2）在初始化中，我們調用父類初始化方法進行，同時可以在初始化 SensorClass 類時指定 id、state、port 三個參數。

def __init__(self,id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE,port:str = "COM11"):
        # 調用父類的初始化方法，super() 函數將父類和子類連接
        super().__init__(port)
        self.sensorvalue = 0
        self.sensorid    = id
        self.sensorstate = state

這裡，實際上 SensorClass 類初始化的參數應該包括其他有關串口配置相關的參數（波特率、校驗位、數據位、停止位），由於串口通信雙方這些參數配置相同，這裡為了方便講解故而簡化。

（3）模擬感測器上電初始化，在實際感測器上電過程中會完成校準、自檢等操作，這裡我們簡單輸出感測器狀態和 ID 號：

_# 感測器上電初始化_
    def InitSensor(self):
        _# 感測器上電初始化工作_
        _# 同時輸出ID號以及狀態_
        print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))

（4）在感測器使能和關閉方法中，我們開啟或關閉串口並列印相關信息：

_# 開啟感測器_
    def StartSensor(self):
        super().OpenSerial()
        print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
        
    _# 停止感測器_
    def StopSensor(self):
        super().CloseSerial()
        print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))

（5）在感測器發送 ID 號的方法中，我們調用了父類的 WriteSerial 方法：

_# 發送感測器ID號_
    def SendSensorID(self):
        super().WriteSerial(str(self.sensorid))
        print("Sensor %d send id "%self.sensorid)

（6）在感測器發送數據方法中，我們使用如下語句生成一個隨機數：

_# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)

註意，此方法需要使用 import random 語句導入 random 庫。

同時調用父類的 WriteSerial 方法實現感測器數據的發送：

_# 發送感測器數據_
    def SendSensorValue(self):
        _# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)
        super().WriteSerial(str(data))
        print("Sensor %d send data  %d" % (self.sensorid,data))

（7）在感測器接收命令方法中，我們調用了父類的 ReadSerial 接收命令：

_# 接收主機指令_
    def RecvMasterCMD(self):
        cmd = super().ReadSerial()
        print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
        return cmd

MasterClass 類的實現

（1）首先定義關於工作模式和命令的類屬性：

class MasterClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   BUSY_STATE  -忙碌狀態-0_
    _#   IDLE_STATE  -空閑狀態-1_
    BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 發送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 發送數據命令   -3_
    START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)

（2）在初始化函數中調用父類的初始化方法，並定義 valuequeue 和__masterstatue 屬性：

_# 類的初始化_
    def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"):
        _# 調用父類的初始化方法，super() 函數將父類和子類連接_
        super().__init__(port)
        self.valuequeue   = queue.Queue(10)
        self.__masterstatue = state

（3）在 StartMaster 方法中我們打開串口並使用 logging.info（）方法輸出調試信息：

_# 開啟主機_
    def StartMaster(self):
        super().OpenSerial()
        logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)

這裡，需要導入 logging 庫並設置日誌輸出級別：

import logging
_# 設置日誌輸出級別_
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

（4）關閉主機方法中調用父類的 CloseSerial 方法：

_# 停止主機_
    def StopMaster(self):
        super().CloseSerial()
        logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)

（5）如下調用父類的 ReadSerial 方法接收 ID 號和數據：

_# 接收感測器ID號_
    def RecvSensorID(self):
        sensorid = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
        return sensorid

    _# 接收感測器數據_
    def RecvSensorValue(self):
        data = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
        self.valuequeue.put(data)
        return data

（6）調用父類的 WriteSerial 方法發送指令：

_# 主機發送命令_
    def SendSensorCMD(self,cmd):
        super().WriteSerial(str(cmd))
        logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))

（7）如下 RetMasterStatue 方法獲取主機狀態：

_# 主機返回工作狀態-_
    def RetMasterStatue(self):
        return self.__masterstatue

完整代碼

以下為兩個類的完整代碼：

class SensorClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   RESPOND_MODE -響應模式-0_
    _#   LOOP_MODE    -迴圈模式-1_
    RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 發送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 發送數據命令   -3_
    START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

    _# 類的初始化_
    def __init__(self,port:str = "COM11",id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE):
        _# 調用父類的初始化方法，super() 函數將父類和子類連接_
        super().__init__(port)
        self.sensorvalue = 0
        self.sensorid    = id
        self.sensorstate = state
    _# 感測器上電初始化_
    def InitSensor(self):
        _# 感測器上電初始化工作_
        _# 同時輸出ID號以及狀態_
        print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))
    _# 開啟感測器_
    def StartSensor(self):
        super().OpenSerial()
        print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port))
    _# 停止感測器_
    def StopSensor(self):
        super().CloseSerial()
        print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))
    _# 發送感測器ID號_
    def SendSensorID(self):
        super().WriteSerial(str(self.sensorid))
        print("Sensor %d send id "%self.sensorid)
    _# 發送感測器數據_
    def SendSensorValue(self):
        _# 生成[1, 10]內的隨機整數_
        data = random.randint(1, 10)
        super().WriteSerial(str(data))
        print("Sensor %d send data  %d" % (self.sensorid,data))
    _# 接收主機指令_
    def RecvMasterCMD(self):
        cmd = super().ReadSerial()
        print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd))
        return cmd

class MasterClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   BUSY_STATE  -忙碌狀態-0_
    _#   IDLE_STATE  -空閑狀態-1_
    BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1)
    START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)

    _# 類的初始化_
    def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"):
        _# 調用父類的初始化方法，super() 函數將父類和子類連接_
        super().__init__(port)
        self.valuequeue   = queue.Queue(10)
        self.__masterstatue = state
    _# 開啟主機_
    def StartMaster(self):
        super().OpenSerial()
        logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)
    _# 停止主機_
    def StopMaster(self):
        super().CloseSerial()
        logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)
    _# 接收感測器ID號_
    def RecvSensorID(self):
        sensorid = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid))
        return sensorid
    _# 接收感測器數據_
    def RecvSensorValue(self):
        data = super().ReadSerial()
        logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
        self.valuequeue.put(data)
        return data
    _# 主機發送命令_
    def SendSensorCMD(self,cmd):
        super().WriteSerial(str(cmd))
        logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))
    _# 主機返回工作狀態-_
    def RetMasterStatue(self):
        return self.__masterstatue

模擬實例

這裡，我們使用 XCOM 軟體和我們的 Python 程式進行交互。

感測器實驗模擬

這裡，我們首先在主函數中創建感測器對象，完成初始化後使能感測器中串口模塊，並設置迴圈，輪詢讀取指令並執行操作，示例代碼如下：

if __name__ == "__main__":
    _# 創建感測器對象_
    s = SensorClass(port="COM11", id=1, state=SensorClass.RESPOND_MODE)
    _# 初始化感測器_
    s.InitSensor()
    _# 感測器開啟_
    s.StartSensor()

    while True:
        _# 根據不同指令執行不同操作_
        cmd = s.RecvMasterCMD()
        _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_
        if cmd == SensorClass.SENDID_CMD:
            s.SendSensorID()
        elif cmd == SensorClass.SENDVALUE_CMD:
            s.SendSensorValue()
        elif cmd == SensorClass.STOP_CMD:
            s.StopSensor()
            break
    print(" Sensor Stop Work!")

我們來看一下實際驗證效果：

image

主機實驗模擬

這裡，我們首先在主函數中創建並開啟主機對象，我們的 xcom 模擬感測器，主機在輪詢中發送接收數據指令，並將接收的數據加入主機類的隊列，最後發送停機命令，並關閉主機。

if __name__ == "__main__":
    m = MasterClass(state=MasterClass.IDLE_STATE, port="COM17")
    m.StartMaster()

    _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_
    _# 發送指令，獲取感測器ID_
    m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDID_CMD)
    m.RecvSensorID()

    for i in range(3):
        _# 發送指令，獲取感測器數據_
        m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDVALUE_CMD)
        m.RecvSensorValue()

    m.SendSensorCMD(MasterClass.STOP_CMD)
    m.StopMaster()

    print("Master Stop Work!")

這裡我們將主機日誌列印到文件中：

_# 在配置下日誌輸出目標文件和日誌格式_
LOG_FORMAT = "%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s"
logging.basicConfig(filename='my.log', level=logging.DEBUG, format=LOG_FORMAT)

我們來看一下實際驗證效果：

image

可以看到兩個實驗都可以完整運行，關於兩個類的交互工作，我們將在後續多線程中講到。

image


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