全網(wǎng)最適合入門的面向?qū)ο缶幊探坛蹋?1 類和對(duì)象的Python實(shí)現(xiàn)-子類調(diào)用父類方法-模擬串口傳感器和主機(jī)

全網(wǎng)最適合入門的面向?qū)ο缶幊探坛蹋?1 類和對(duì)象的 Python 實(shí)現(xiàn)-子類調(diào)用父類方法-模擬串口傳感器和主機(jī)

摘要：

本節(jié)課，我們主要講解了在 Python 類的繼承中子類如何進(jìn)行初始化、調(diào)用父類的屬性和方法，同時(shí)講解了模擬串口傳感器和主機(jī)類的具體實(shí)現(xiàn)，并使用 xcom 串口助手與兩個(gè)類進(jìn)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(jìn)行對(duì)文檔下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

本文檔主要介紹如何使用 Python 進(jìn)行面向?qū)ο缶幊蹋枰x者對(duì) Python 語法和單片機(jī)開發(fā)具有基本了解。相比其他講解 Python 面向?qū)ο缶幊痰牟┛突驎裕疚臋n更加詳細(xì)、側(cè)重于嵌入式上位機(jī)應(yīng)用，以上位機(jī)和下位機(jī)的常見串口數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)處理、動(dòng)態(tài)圖繪制等為應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)使用 Sourcetrail 代碼軟件對(duì)代碼進(jìn)行可視化閱讀便于讀者理解。

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

正文

模擬串口傳感器和主機(jī)類的具體實(shí)現(xiàn)：

接下來看一下我們新建的兩個(gè)類方法的具體實(shí)現(xiàn)，可以明確的是，SensorClass 和 MasterClass 都需要調(diào)用 SerialClass 類中有關(guān)串口收發(fā)的方法，也就是子類調(diào)用父類的方法，子類調(diào)用父類的方法有三種方式：

父類名.方法名(self)：此時(shí)需要加上父類的類名前綴，且需要帶上 self 參數(shù)變量。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(shù)，但如果涉及多繼承，該函數(shù)只能調(diào)用第一個(gè)直接父類的構(gòu)造方法。

SensorClass 類的實(shí)現(xiàn)

（1）首先，我們將 SensorClass 中工作狀態(tài)的對(duì)應(yīng)字符表示和命令對(duì)應(yīng)字符表示設(shè)置為類屬性，什么意思？我們來看如下代碼：

class SensorClass(SerialClass): _# 類變量：_ _# RESPOND_MODE-響應(yīng)模式-0_ _# LOOP_MODE -循環(huán)模式-1_ RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1) _# 類變量：_ _# START_CMD - 開啟命令 -0_ _# STOP_CMD - 關(guān)閉命令 -1_ _# SENDID_CMD - 發(fā)送ID命令 -2_ _# SENDVALUE_CMD - 發(fā)送數(shù)據(jù)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(shí)例屬性不同，類屬性就相當(dāng)與全局變量，是實(shí)例對(duì)象共有的屬性，類屬性影響類的所有對(duì)象；而實(shí)例對(duì)象的屬性為實(shí)例對(duì)象自己私有，實(shí)例屬性只影響當(dāng)前對(duì)象。類屬性常用于存儲(chǔ)常量、定義默認(rèn)值或構(gòu)造一個(gè)所有對(duì)象都能訪問的緩存。

這里，我們定義了兩種類屬性：

RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)

用于表示 SensorClass 不同工作模式。

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

用于表示不同命令。

（2）在初始化中，我們調(diào)用父類初始化方法進(jìn)行，同時(shí)可以在初始化 SensorClass 類時(shí)指定 id、state、port 三個(gè)參數(shù)。

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

這里，實(shí)際上 SensorClass 類初始化的參數(shù)應(yīng)該包括其他有關(guān)串口配置相關(guān)的參數(shù)（波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位），由于串口通信雙方這些參數(shù)配置相同，這里為了方便講解故而簡(jiǎn)化。

（3）模擬傳感器上電初始化，在實(shí)際傳感器上電過程中會(huì)完成校準(zhǔn)、自檢等操作，這里我們簡(jiǎn)單輸出傳感器狀態(tài)和 ID 號(hào)：

_# 傳感器上電初始化_ def InitSensor(self): _# 傳感器上電初始化工作_ _# 同時(shí)輸出ID號(hào)以及狀態(tài)_ print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))

（4）在傳感器使能和關(guān)閉方法中，我們開啟或關(guān)閉串口并打印相關(guān)信息：

_# 開啟傳感器_ def StartSensor(self): super().OpenSerial() print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port)) _# 停止傳感器_ def StopSensor(self): super().CloseSerial() print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))

（5）在傳感器發(fā)送 ID 號(hào)的方法中，我們調(diào)用了父類的 WriteSerial 方法：

_# 發(fā)送傳感器ID號(hào)_ def SendSensorID(self): super().WriteSerial(str(self.sensorid)) print("Sensor %d send id "%self.sensorid)

（6）在傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)方法中，我們使用如下語句生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)：

_# 生成[1, 10]內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)_ data = random.randint(1, 10)

注意，此方法需要使用 import random 語句導(dǎo)入 random 庫。

同時(shí)調(diào)用父類的 WriteSerial 方法實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的發(fā)送：

_# 發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)_ def SendSensorValue(self): _# 生成[1, 10]內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)_ data = random.randint(1, 10) super().WriteSerial(str(data)) print("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data))

（7）在傳感器接收命令方法中，我們調(diào)用了父類的 ReadSerial 接收命令：

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

MasterClass 類的實(shí)現(xiàn)

（1）首先定義關(guān)于工作模式和命令的類屬性：

class MasterClass(SerialClass): _# 類變量：_ _# BUSY_STATE -忙碌狀態(tài)-0_ _# IDLE_STATE -空閑狀態(tài)-1_ BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1) _# 類變量：_ _# START_CMD - 開啟命令 -0_ _# STOP_CMD - 關(guān)閉命令 -1_ _# SENDID_CMD - 發(fā)送ID命令 -2_ _# SENDVALUE_CMD - 發(fā)送數(shù)據(jù)命令 -3_ START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)

（2）在初始化函數(shù)中調(diào)用父類的初始化方法，并定義 valuequeue 和__masterstatue 屬性：

_# 類的初始化_ def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"): _# 調(diào)用父類的初始化方法，super() 函數(shù)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并使用 logging.info（）方法輸出調(diào)試信息：

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

這里，需要導(dǎo)入 logging 庫并設(shè)置日志輸出級(jí)別：

import logging _# 設(shè)置日志輸出級(jí)別_ logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

（4）關(guān)閉主機(jī)方法中調(diào)用父類的 CloseSerial 方法：

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

（5）如下調(diào)用父類的 ReadSerial 方法接收 ID 號(hào)和數(shù)據(jù)：

_# 接收傳感器ID號(hào)_ def RecvSensorID(self): sensorid = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid)) return sensorid _# 接收傳感器數(shù)據(jù)_ def RecvSensorValue(self): data = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data)) self.valuequeue.put(data) return data

（6）調(diào)用父類的 WriteSerial 方法發(fā)送指令：

_# 主機(jī)發(fā)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(jī)狀態(tài)：

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

完整代碼

以下為兩個(gè)類的完整代碼：

class SensorClass(SerialClass): _# 類變量：_ _# RESPOND_MODE -響應(yīng)模式-0_ _# LOOP_MODE -循環(huán)模式-1_ RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1) _# 類變量：_ _# START_CMD - 開啟命令 -0_ _# STOP_CMD - 關(guān)閉命令 -1_ _# SENDID_CMD - 發(fā)送ID命令 -2_ _# SENDVALUE_CMD - 發(fā)送數(shù)據(jù)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(diào)用父類的初始化方法，super() 函數(shù)將父類和子類連接_ super().__init__(port) self.sensorvalue = 0 self.sensorid = id self.sensorstate = state _# 傳感器上電初始化_ def InitSensor(self): _# 傳感器上電初始化工作_ _# 同時(shí)輸出ID號(hào)以及狀態(tài)_ print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate)) _# 開啟傳感器_ def StartSensor(self): super().OpenSerial() print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port)) _# 停止傳感器_ def StopSensor(self): super().CloseSerial() print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port)) _# 發(fā)送傳感器ID號(hào)_ def SendSensorID(self): super().WriteSerial(str(self.sensorid)) print("Sensor %d send id "%self.sensorid) _# 發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)_ def SendSensorValue(self): _# 生成[1, 10]內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)_ data = random.randint(1, 10) super().WriteSerial(str(data)) print("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data)) _# 接收主機(jī)指令_ def RecvMasterCMD(self): cmd = super().ReadSerial() print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd)) return cmd class MasterClass(SerialClass): _# 類變量：_ _# BUSY_STATE -忙碌狀態(tài)-0_ _# IDLE_STATE -空閑狀態(tài)-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(diào)用父類的初始化方法，super() 函數(shù)將父類和子類連接_ super().__init__(port) self.valuequeue = queue.Queue(10) self.__masterstatue = state _# 開啟主機(jī)_ def StartMaster(self): super().OpenSerial() logging.info("START MASTER :"+self.dev.port) _# 停止主機(jī)_ def StopMaster(self): super().CloseSerial() logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port) _# 接收傳感器ID號(hào)_ def RecvSensorID(self): sensorid = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid)) return sensorid _# 接收傳感器數(shù)據(jù)_ def RecvSensorValue(self): data = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data)) self.valuequeue.put(data) return data _# 主機(jī)發(fā)送命令_ def SendSensorCMD(self,cmd): super().WriteSerial(str(cmd)) logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd)) _# 主機(jī)返回工作狀態(tài)-_ def RetMasterStatue(self): return self.__masterstatue

模擬實(shí)例

這里，我們使用 XCOM 軟件和我們的 Python 程序進(jìn)行交互。

傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)M

這里，我們首先在主函數(shù)中創(chuàng)建傳感器對(duì)象，完成初始化后使能傳感器中串口模塊，并設(shè)置循環(huán)，輪詢讀取指令并執(zhí)行操作，示例代碼如下：

if __name__ == "__main__": _# 創(chuàng)建傳感器對(duì)象_ s = SensorClass(port="COM11", id=1, state=SensorClass.RESPOND_MODE) _# 初始化傳感器_ s.InitSensor() _# 傳感器開啟_ s.StartSensor() while True: _# 根據(jù)不同指令執(zhí)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(shí)際驗(yàn)證效果：

主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)M

這里，我們首先在主函數(shù)中創(chuàng)建并開啟主機(jī)對(duì)象，我們的 xcom 模擬傳感器，主機(jī)在輪詢中發(fā)送接收數(shù)據(jù)指令，并將接收的數(shù)據(jù)加入主機(jī)類的隊(duì)列，最后發(fā)送停機(jī)命令，并關(guān)閉主機(jī)。

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(fā)送指令，獲取傳感器ID_ m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDID_CMD) m.RecvSensorID() for i in range(3): _# 發(fā)送指令，獲取傳感器數(shù)據(jù)_ m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDVALUE_CMD) m.RecvSensorValue() m.SendSensorCMD(MasterClass.STOP_CMD) m.StopMaster() print("Master Stop Work!")

這里我們將主機(jī)日志打印到文件中：

_# 在配置下日志輸出目標(biāo)文件和日志格式_ 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(shí)際驗(yàn)證效果：

可以看到兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都可以完整運(yùn)行，關(guān)于兩個(gè)類的交互工作，我們將在后續(xù)多線程中講到。