在OOP程序設計中,當我們定義一個class的時候,可以從某個現有的class繼承,新的class稱為子類(Subclass),而被繼承的class稱為基類、父類或超類(Base class、Super class)。
比如,我們已經編寫了一個名為Animal
的class,有一個run()
方法可以直接打印:
class Animal(object):
def run(self):
print 'Animal is running...'
當我們需要編寫Dog和Cat類時,就可以直接從Animal類繼承:
class Dog(Animal):
pass
class Cat(Animal):
pass
對於Dog來說,Animal就是它的父類,對於Animal來說,Dog就是它的子類。Cat和Dog類似。
繼承有什么好處?最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由於Animial實現了run()
方法,因此,Dog和Cat作為它的子類,什么事也沒干,就自動擁有了run()
方法:
dog = Dog()
dog.run()
cat = Cat()
cat.run()
運行結果如下:
Animal is running...
Animal is running...
當然,也可以對子類增加一些方法,比如Dog類:
class Dog(Animal):
def run(self):
print 'Dog is running...'
def eat(self):
print 'Eating meat...'
繼承的第二個好處需要我們對代碼做一點改進。你看到了,無論是Dog還是Cat,它們run()
的時候,顯示的都是Animal is running...
,符合邏輯的做法是分別顯示Dog is running...
和Cat is running...
,因此,對Dog和Cat類改進如下:
class Dog(Animal):
def run(self):
print 'Dog is running...'
class Cat(Animal):
def run(self):
print 'Cat is running...'
再次運行,結果如下:
Dog is running...
Cat is running...
當子類和父類都存在相同的run()
方法時,我們說,子類的run()
覆蓋了父類的run()
,在代碼運行的時候,總是會調用子類的run()
。這樣,我們就獲得了繼承的另一個好處:多態。
要理解什么是多態,我們首先要對數據類型再作一點說明。當我們定義一個class的時候,我們實際上就定義了一種數據類型。我們定義的數據類型和Python自帶的數據類型,比如str、list、dict沒什么兩樣:
a = list() # a是list類型
b = Animal() # b是Animal類型
c = Dog() # c是Dog類型
判斷一個變量是否是某個類型可以用isinstance()
判斷:
>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True
看來a、b、c確實對應着list、Animal、Dog這3種類型。
但是等等,試試:
>>> isinstance(c, Animal)
True
看來c不僅僅是Dog,c還是Animal!
不過仔細想想,這是有道理的,因為Dog是從Animal繼承下來的,當我們創建了一個Dog的實例c
時,我們認為c
的數據類型是Dog沒錯,但c
同時也是Animal也沒錯,Dog本來就是Animal的一種!
所以,在繼承關系中,如果一個實例的數據類型是某個子類,那它的數據類型也可以被看做是父類。但是,反過來就不行:
>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False
Dog可以看成Animal,但Animal不可以看成Dog。
要理解多態的好處,我們還需要再編寫一個函數,這個函數接受一個Animal類型的變量:
def run_twice(animal):
animal.run()
animal.run()
當我們傳入Animal的實例時,run_twice()
就打印出:
>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...
當我們傳入Dog的實例時,run_twice()
就打印出:
>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...
當我們傳入Cat的實例時,run_twice()
就打印出:
>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...
看上去沒啥意思,但是仔細想想,現在,如果我們再定義一個Tortoise類型,也從Animal派生:
class Tortoise(Animal):
def run(self):
print 'Tortoise is running slowly...'
當我們調用run_twice()時,傳入Tortoise的實例:
>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...
你會發現,新增一個Animal的子類,不必對run_twice()做任何修改,實際上,任何依賴Animal作為參數的函數或者方法都可以不加修改地正常運行,原因就在於多態。
多態的好處就是,當我們需要傳入Dog、Cat、Tortoise……時,我們只需要接收Animal類型就可以了,因為Dog、Cat、Tortoise……都是Animal類型,然后,按照Animal類型進行操作即可。由於Animal類型有run()
方法,因此,傳入的任意類型,只要是Animal類或者子類,就會自動調用實際類型的run()
方法,這就是多態的意思:
對於一個變量,我們只需要知道它是Animal類型,無需確切地知道它的子類型,就可以放心地調用run()
方法,而具體調用的run()
方法是作用在Animal、Dog、Cat還是Tortoise對象上,由運行時該對象的確切類型決定,這就是多態真正的威力:調用方只管調用,不管細節,而當我們新增一種Animal的子類時,只要確保run()
方法編寫正確,不用管原來的代碼是如何調用的。這就是著名的“開閉”原則:
對擴展開放:允許新增Animal子類;
對修改封閉:不需要修改依賴Animal類型的run_twice()
等函數。
繼承還可以一級一級地繼承下來,就好比從爺爺到爸爸、再到兒子這樣的關系。而任何類,最終都可以追溯到根類object,這些繼承關系看上去就像一顆倒着的樹。比如如下的繼承樹:
小結
繼承可以把父類的所有功能都直接拿過來,這樣就不必重零做起,子類只需要新增自己特有的方法,也可以把父類不適合的方法覆蓋重寫;
有了繼承,才能有多態。在調用類實例方法的時候,盡量把變量視作父類類型,這樣,所有子類類型都可以正常被接收;
舊的方式定義Python類允許不從object類繼承,但這種編程方式已經嚴重不推薦使用。任何時候,如果沒有合適的類可以繼承,就繼承自object類。