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Dog
和Cat
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。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:
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a
、b
、c
確實對應着list
、Animal
、Dog
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。
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。