(windows) Python 2.7 学习笔记 三十六 继承和多态

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继承和多态

OOP 程序设计中,当我们定义一个 class 的时候,可以从某个现有的 class 继承,新的 class 被称为子类(Subclass),而被继承的 class 成为基类、父类或超类(Base class、Super class)

比如,我们已经编写了一个名为 Animalclass,有一个 run() 方法可以直接打印:

>>> class Animal(object):
...     def fun(self):
...         print 'Animal is running...'
...
>>>

当我们需要编写 DogCat 类时,就可以直接从 Animal 类继承:

>>> class Dog(Animal):
...     pass
...
>>> class Cat(Animal):
...     pass
...
>>>

对于 Dog 来说,Animal 就是它的父类,对于 Animal 来说,Dog 就是它的子类。CatDog 类似。

继承有什么好处?最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于 Animal 实现了 run() 方法,因此,DogCat 作为它的子类,什么事也没干,就自动拥有了 run() 方法:

>>> dog = Dog()
>>> dog.run()
Animal is running...
>>> cat = Cat()
>>> cat.run()
Animal is running...
>>>

当然也可以对子类增加一些方法,比如 Dog 类:

>>> class Dog(Animal):
...     def run(self):
...         print 'Dog is running...'
...     def eat(self):
...         print 'Eating meat...'
...
>>> dog = Dog()
>>> dog.eat()
Eating meat...
>>>

继承的第二个好处需要我们对代码做一点改进。无论是 Dog 还是 Cat,它们 run() 的时候,显示的都是 Animal is running…,符合逻辑的做法是分别显示 Dog is running…Cat is running…,因此,对 DogCat 类改进如下:

>>> class Dog(Animal):
...     def run(self):
...         print 'Dog is running...'
...
>>> class Cat(Animal):
...     def run(self):
...         print 'Cat is running...'
...
>>> dog = Dog()
>>> dog.run()
Dog is running...
>>> cat = Cat()
>>> cat.run()
Cat is running...
>>>

当子类和父类都存在相同的 run() 方法时,我们就说,子类的 run() 覆盖了父类的 run(),在代码运行的时候,总是会调用子类的 run()。这样,我们就获得了继承的另一个好处:多态

要理解什么是多态,我们首先要对数据类型再作一点说明。当我们定义一个 class 的时候,我们实际上就定义了一种数据类型。我们定义的数据类型和 Python 自带的数据类型,比如 str、list、dict 没什么两样:

a = list() # a 是 list 类型
b = Animal() # b 是 Animal 类型
c = Dog() # c 是 Dog 类型

判断一个变量是否是某个类型可以用 isinstance() 判断。

>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True
>>>

看来 a、b、c 确实对应着 list、Animal、Dog3 种类型。

>>> isinstance(c, Animal)
True
>>>

看来 c 不仅仅是 Dogc 还是 Animal

不过仔细想想,这是有道理的,因为 Dog 是从 Animal 继承下来的,当我们创建了一个 Dog 的实例 c 时,我们认为 c 的数据类型是 Dog 没错,但 c 同时也是 Animal 也没错,Dog 本来就是 Animal 的一种!

所以,在继承关系中,如果一个实例的数据类型是某个子类,那它的数据类型也可以被看做是父类。但是,反过来就不行:

>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False
>>>

Dog 可以看成 Animal,但 Animal 不可以看成 Dog

要理解多态的好处,我们还需要再编写一个函数,这个函数接受一个 Animal 类型的变量:

>>> def run_twice(animal):
...     animal.run()
...     animal.run()
...

当我们传入 Animal 的实例时,run_twice() 就打印出:

>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...
>>>

当我们传入 Dog 的实例时,run_twice() 就打印出:

>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...
>>>

当我们传入 Cat 的实例时,run_twice() 就打印出:

>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...
>>>

看上去没啥意思,但是自己想想,现在,如果我们再定义一个 Tortoise 类型,也从 Animal 派生:

>>> class Tortoise(Animal):
...     def run(self):
...         print 'Tortoise is running slowly...'
...
>>>

当我们调用 run_twice() 时,传入 Tortoise 的实例:

>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...
>>>

你会发现,新增一个 Animal 的子类,不必对 run_twice() 做任何修改,实际上,任何依赖 Animal 作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行,原因就在于多态。

多态的好处就是,当我们需要传入 Dog、Cat、Tortoise…… 时,我们只需要接收 Animal 类型就可以了,因为 Dog、Cat、Tortoise……都是 Animal 类型,然后,按照 Animal 类型进行操作即可。由于 Animal 类型有 run() 方法,因此,传入的任意类型,只要是 Animal 类或者子类,就会自动调用实际类型的 run() 方法,这就是多态的意思:

对于一个变量,我们只需要知道它是 Animal 类型,无需确切地知道它的子类型,就可以放心地调用 run() 方法,而具体调用 run() 方法是作用在 Animal、Dog、Cat 还是 Tortoise 对象上,由运行时该对象的确切类型决定,这就是多态真正的威力:调用方只管调用,不管细节,而当我们新增一种 Animal 的子类时,只要确保 run() 方法编写正确,不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则:

对扩展开放:运行新增 Animal 子类;

对修改封闭:不需要修改依赖 Animal 类型的 run_twice() 等函数。

继承还可以一级一级地继承下去,就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样的关系。而任何类,最终都可以追溯到根类 object,这些继承关系看上去就像一颗倒着的树。比如如下的继承树:

继承可以把父类的所有功能都直接拿过来,这样就不必从零做起,子类只需要新增自己特有的方法,也可以把父类不适合的方法覆盖重写;

有了继承,才能有多态。在调用类实例方法的时候,尽量把变量视作父类类型,这样,所有子类类型都可以正常被接收;

旧的方式定义 Python 类允许不从 object 类继承,但这种编程方式已经严重不推荐使用。任何时候,如果没有合适的类可以继承,就继承自 object 类。

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