繼承和多態


1.繼承

 

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DogCat類時,就可以直接從Animal類繼承:

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

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CatDog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,DogCat作為它的子類,什么事也沒干,就自動擁有了run()方法:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running!')

class Dog(Animal):
    pass

class Cat(Animal):
    pass

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()


>>> 
animal is running!
animal is running!
>>> 

 

2.多態

 

我們對子類增加一些方法,比如:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('Animal is running!')

class Dog(Animal):

    def run(self):
        print('dog is running!')

class Cat(Animal):

    def run(self):
        print('cat is runing!')

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()
    

>>> 
dog is running!
cat is runing!
>>> 

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

>>> isinstance(c, Animal)
True

可見abc確實對應着listAnimalDog這3種類型,而c不僅僅是Dog,還是Animal。

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:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running!')

class Dog(Animal):

    def run(self):
        print('dog is running!')

class Cat(Animal):

    def run(self):
        print('cat is runing!')


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 runing!
cat is runing!

現在,如果我們再定義一個Tortoise類型,也從Animal派生:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running!')

class Dog(Animal):

    def run(self):
        print('dog is running!')

class Cat(Animal):

    def run(self):
        print('cat is runing!')

class Tortoise(Animal):
    def run(self):
        print('tortoise is running slowly!')        


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

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DogCatTortoise……時,我們只需要接收Animal類型就可以了,因為DogCatTortoise……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AnimalDogCat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。

 

3.繼承樹

 

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:

 

4,靜態語言 vs 動態語言

對於靜態語言(例如Java)來說,如果需要傳入Animal類型,則傳入的對象必須是Animal類型或者它的子類,否則,將無法調用run()方法。

對於Python這樣的動態語言來說,則不一定需要傳入Animal類型。我們只需要保證傳入的對象有一個run()方法就可以了:

class Animal(object):
    def run(self):
        print('animal is running!')     

class Timer(object):
    def run(self):
        print('Start...')

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


>>> run_twice(Timer())
Start...
Start...
>>> 

這就是動態語言的“鴨子類型”,它並不要求嚴格的繼承體系,一個對象只要“看起來像鴨子,走起路來像鴨子”,那它就可以被看做是鴨子。

Python的“file-like object“就是一種鴨子類型。對真正的文件對象,它有一個read()方法,返回其內容。但是,許多對象,只要有read()方法,都被視為“file-like object“。許多函數接收的參數就是“file-like object“,你不一定要傳入真正的文件對象,完全可以傳入任何實現了read()方法的對象。

 

5.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。

動態語言的鴨子類型特點決定了繼承不像靜態語言那樣是必須的。

 


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