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

函數

函數是一個命名的代碼塊，需要 0 個或多個輸入參數，運行以後會返回輸出值。在 Python 中，函數不僅是對象，也是第一類對象（First-Class Object），這是 Python 函數的一大特性。函數作為對象可以賦值給一個變數、可以作為元素添加到集合對象中、可作為參數值傳遞給其它函數，還可以當做函數的返回值，這些特性就是第一類對象所特有的。

簡單來說，就是在 Python 中可以把函數像普通變數一樣任意地使用,。包括賦值，以及作為其它函數的參數和返回值。這樣就能很容易地寫出高階函數與閉包的代碼。而在其他應用面向對象設計的語言中（如 C++）實現類似操作，需要藉助函數指針進行實現。

在許多情況下，我們需要將函數作為參數傳遞到另一個函數中。最典型的例子就是事件驅動編程模式，所謂事件驅動編程模式不同於原先依次執行每個函數的編程模式，其基本的處理思路是預先設計一個事件迴圈所形成的程式，這個事件迴圈程式不斷地檢查目前要處理的信息，根據要處理的信息執行一個觸發函數進行必要的處理。其中這個外部信息可能來自一個目錄夾中的文件，可能來自鍵盤或滑鼠的動作，或者是一個時間事件。

從事件角度說，事件驅動程式的基本結構是由一個事件收集器、一個事件發送器和一個事件處理器組成。事件收集器專門負責收集所有事件，包括來自用戶的（如滑鼠、鍵盤事件等）、來自硬體的（如時鐘事件等）和來自軟體的（如操作系統、應用程式本身等）。事件發送器負責將收集器收集到的事件分發到目標對象中。事件處理器做具體的事件響應工作，它往往要到實現階段才完全確定。在事件處理器中一般都需要提前傳入一個註冊好的回調函數，回調函數被註冊之後，程式將繼續執行後面的語句，而回調函數則會在對應事件產生後被非同步調用。

函數身為一個對象，擁有對象模型的三個通用屬性：id、類型、和值。在下麵的代碼中，我們創建了一個平均值濾波函數，實現三個周期的感測器採樣值計算平均值，在代碼中，DataList 為全局變數，它用來記錄 FileterLength 個周期的採樣值，AverageFilter(value)為濾波函數，它的輸入為新採集到的數據，函數中，首先將 DataList[]中的數據進行移位，並將新採集到的數據保存到 DataList[]最後的元素中，同時計算 DataList[]中 10 個數據的和，最後返回 FileterLength 個數據和的平均值。示例代碼如下：

_# 全局變數，記錄三個周期的採樣值_
FileterLength   = 3
DataList        = [0] * FileterLength
def AverageFilter(value):
    '''
    平均值濾波函數，實現三個周期的感測器採樣值計算平均值
    :param value: 當前採樣值
    :return: 濾波後的感測器數值
    '''
    global DataList
    _# 臨時變數，存儲列表中數據之和_
    sum = 0
    for i in range(FileterLength-1):
        _# 實現列表的移位操作_
        DataList[i] = DataList[i+1]
        _# 實現列表求和_
        sum += DataList[i]
    DataList[FileterLength-1] = value
    sum += DataList[FileterLength-1]
    average = sum / len(DataList)
    return average

我們首先訪問一下這個函數的基本屬性：

print(id(AverageFilter))
print(type(AverageFilter))
print(AverageFilter)

運行結果如下：

我們可以給函數添加自定義屬性並且訪問自定義屬性：

AverageFilter.description = ("The average value filter function realizes the calculation of the average value "
                             "of the sensor sample value for three periods")
print(AverageFilter.description)

運行結果如下：

事件驅動框架計時器

接下來我們用一個事件驅動框架計時器的示例更好的說明函數作為參數可以傳遞到另一個函數中的相關應用。示例代碼如下：

import datetime
import time

_# 定義定時器事件類_
class TimedEvent:

    def __init__(self, endtime, callback):
        '''
        初始化方法，存儲endtime和callback
        :param endtime:  callback執行前需要等待的時間
        :param callback: 回調函數，即到達執行時間後調用的函數
        '''
        self.endtime = endtime
        self.callback = callback

    def ready(self):
        '''
        判斷是否事件已經到達了該執行的適合
        :return:
        '''
        return self.endtime <= datetime.datetime.now()

_# 定義定時器類，輪詢檢測實現任務調度_
class Timer:
    def __init__(self):
        '''
        初始化方法，定義一個events列表存儲事件
        '''
        self.events = []

    def call_after(self, delay, callback):
        '''
        添加新的事件
        :param delay: 執行回調方法之前要等待的秒數
        :param callback: 回調方法
                         callback函數應該接收一個參數：執行調用的計時器
        :return:
        '''
        end_time = (datetime.datetime.now() +
                    datetime.timedelta(seconds=delay))
        self.events.append(TimedEvent(end_time, callback))

    def run(self):
        '''
        輪詢檢測，執行到達執行時間的回調函數
        :return:
        '''
        _# 輪詢檢測，執行到達執行時間的回調函數_
        while True:
            _# 使用一個生成器表達式，將將時間已到的事件過濾出來_
            ready_events = (e for e in self.events if e.ready())
            _# 按照順序執行_
            for event in ready_events:
                event.callback(self)
                _# 執行完成後，移除已執行完畢的任務_
                self.events.remove(event)
            _# 在每次迭代過程中休眠 0.5 秒以防止系統死機_
            time.sleep(0.5)

下麵，我們編寫幾個回調函數測試一下：

def format_time(message, *args):
    '''
    用字元串的 format 方法將當前時間添加到信息中，並說明變數參數
    :param message: 接收任意數量的定位參數
    :param args:    用於在函數中處理傳遞的位置參數序列
    :return: None
    '''
    _# 當前的時間，格式為：時-分-秒_
    now = datetime.datetime.now().strftime("%I:%M:%S")
    _# 格式化列印參數_
    print(message.format(*args, now=now))

_# 回調函數：任務一_
def Task_One(timer):
    format_time("{now}: Called Task One")

_# 回調函數：任務二_
def Task_Two(timer):
    format_time("{now}: Called Task Two")

_# 回調函數：任務三_
def Task_Three(timer):
    format_time("{now}: Called Task Three")

_# 創建定時器對象_
timer = Timer()
_# 添加回調函數_
timer.call_after(1, Task_One)
timer.call_after(2, Task_One)
timer.call_after(2, Task_Two)
timer.call_after(4, Task_Two)
timer.call_after(3, Task_Three)
timer.call_after(6, Task_Three)
_# 開始運行定時器_
format_time("{now}: Starting")
timer.run()

運行結果如下，可以看到到達各自的執行時間後，每個事件都簡單地輸出當前時間和一段簡短的消息，告訴我們調用的是哪個回調方法。

實際上類的方法也可以用作回調函數，示例代碼如下

_# 定義類_
class Repeater:
    def __init__(self):
        self.count = 0
    def repeater(self, timer):
        '''
        在函數中在創建一個定時任務
        :param timer: 定時器
        :return: None
        '''
        format_time("{now}: repeat {0}", self.count)
        self.count += 1
        _# 類的方法也可以用作回調函數_
        timer.call_after(5, self.repeater)

_# 創建定時器對象_
timer = Timer()
repeater = Repeater()
_# 添加回調函數，類的方法_
timer.call_after(5, repeater.repeater)
_# 開始運行定時器_
format_time("{now}: Starting")
timer.run()

運行結果如下：

從運行結果中我們不能看出，我們可以從當前正在運行的回調函數中給計時器添加新的事件。然後創建一個計時器並添加幾個事件，在不同時間之後調用。

Format 函數

在 Python 中，format()是一個內置函數，用於格式化字元串。format()函數提供了靈活的方式來將變數插入到字元串中，並控制它們的顯示格式。

它的語法如下：

format(value, format_spec)

其中，參數說明如下：

value: 要格式化的值;format_spec: 格式化規範，用於指定值的顯示方式。
format()函數返回一個格式化後的字元串。

它是通過 {} 和 : 來代替以前的 % 。format 函數可以接受不限個參數，位置可以不按順序。示例代碼如下：

_# 不設置指定位置，按預設順序_
print("{} {}".format("hello", "world"))
_# 設置指定位置_
print("{0} {1}".format("hello", "world"))
_# 設置指定位置_
print("{1} {0} {1}".format("hello", "world"))

輸出如下：