python与鸭子类型

Posted 2020-10-31 Guo磊

部分参考来源：作者：JasonDing  https://www.jianshu.com/p/650485b78d11##s1

首先介绍下面向对象(OOP)的三大特征:

（1）面向对象程序设计有三大特征：封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）、多态（Polymorphism）。这三个单词很常见，大家还是记住为好！

（2）封装（Encapsulation）：类包含了数据和方法，将数据和方法放在一个类中就构成了封装。

（3）继承（Inheritance）：Java是单继承的（这点和C++有区别），意味着一个类只能继承于一个类，被继承的类叫父类（或者叫基类，base class），继承的类叫子类。Java中的继承使用关键字extends。但是，一个类可以实现多个接口，多个接口之间用逗号进行分割。实现接口使用关键字implements。

（4）多态（Polymorphism）：多态最核心的思想就是，父类的引用可以指向子类的对象，或者接口类型的引用可以指向实现该接口的类的实例。多态之所以是这样的是因为基于一个事实：子类就是父类！

（5）关于多态的一些重要说明：

• 当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有此方法，如果没有则编译错误，如果有则再去调用子类重写（Override）【如果重写的话】的此方法，没有重写的话，还是调用从父类继承过来的方法。
• 两种类型的强制类型转换：

1. 1. 向上类型转换（upcast）：将子类型引用转换成父类型引用。对于向上类型转换不需要显示指定。
   2. 向下类型转换（downcast）：将父类型引用转换成子类型引用。对于向下类型转换，必须要显示指定。向下类型转换的原则：父类型引用指向谁才能转换成谁。

• 多态是一种运行期的行为，不是编译期行为！在编译期间它只知道是一个引用，只有到了执行期，引用才知道指向的是谁。这就是所谓的“软绑定”。
• 多态是一项让程序员“将改变的事物和未改变的事物分离开来”重要技术。

鸭子类型:

 

调用不同的子类将会产生不同的行为，而无须明确知道这个子类实际上是什么，这是多态的重要应用场景。而在python中，因为鸭子类型(duck typing)使得其多态不是那么酷。
鸭子类型是动态类型的一种风格。在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口，而是由"当前方法和属性的集合"决定。这个概念的名字来源于由James Whitcomb Riley提出的鸭子测试，“鸭子测试”可以这样表述：“当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟就可以被称为鸭子。”
在鸭子类型中，关注的不是对象的类型本身，而是它是如何使用的。例如，在不使用鸭子类型的语言中，我们可以编写一个函数，它接受一个类型为"鸭子"的对象，并调用它的"走"和"叫"方法。在使用鸭子类型的语言中，这样的一个函数可以接受一个任意类型的对象，并调用它的"走"和"叫"方法。如果这些需要被调用的方法不存在，那么将引发一个运行时错误。任何拥有这样的正确的"走"和"叫"方法的对象都可被函数接受的这种行为引出了以上表述，这种决定类型的方式因此得名。
鸭子类型通常得益于不测试方法和函数中参数的类型，而是依赖文档、清晰的代码和测试来确保正确使用。

Duck typing 这个概念来源于美国印第安纳州的诗人詹姆斯·惠特科姆·莱利（James Whitcomb Riley,1849- 
1916）的诗句：”When I see a bird that walks like a duck and swims like a duck and quacks like a duck, I call that bird a duck.” 
先上代码，也是来源于网上很经典的案例：

 1 class Duck():
 2     def walk(self):
 3         print(‘I walk like a duck‘)
 4     def swim(self):
 5         print(‘i swim like a duck‘)
 6 
 7 class Person():
 8     def walk(self):
 9     　　print(‘this one walk like a duck‘) 
10     def swim(self):
11     　　print(‘this man swim like a duck‘)

可以很明显的看出，Person类拥有跟Duck类一样的方法，当有一个函数调用Duck类，并利用到了两个方法walk()和swim()。我们传入Person类也一样可以运行，函数并不会检查对象的类型是不是Duck，只要他拥有walk()和swim()方法，就可以正确的被调用。 
再举例，如果一个对象实现了__getitem__方法，那python的解释器就会把它当做一个collection，就可以在这个对象上使用切片，获取子项等方法；如果一个对象实现了__iter__和next方法，python就会认为它是一个iterator，就可以在这个对象上通过循环来获取各个子项。

python中的多态

python中的鸭子类型允许我们使用任何提供所需方法的对象，而不需要迫使它成为一个子类。
由于python属于动态语言，当你定义了一个基类和基类中的方法，并编写几个继承该基类的子类时，由于python在定义变量时不指定变量的类型，而是由解释器根据变量内容推断变量类型的（也就是说变量的类型取决于所关联的对象），这就使得python的多态不像是c++或java中那样，定义一个基类类型变量而隐藏了具体子类的细节。

请看下面的例子和说明：

 1 class AudioFile:
 2     def __init__(self, filename):
 3         if not filename.endswith(self.ext):
 4             raise Exception("Invalid file format")
 5         self.filename = filename
 6 
 7 class MP3File(AudioFile):
 8     ext = "mp3"
 9     def play(self):
10         print("Playing {} as mp3".format(self.filename))
11 
12 class WavFile(AudioFile):
13     ext = "wav"
14     def play(self):
15         print("Playing {} as wav".format(self.filename))
16 
17 class OggFile(AudioFile):
18     ext = "ogg"
19     def play(self):
20         print("Playing {} as ogg".format(self.filename))
21 
22 class FlacFile:
23     """
24     Though FlacFile class doesn‘t inherit AudioFile class,
25     it also has the same interface as three subclass of AudioFile.
26 
27     It is called duck typing.
28     """
29     def __init__(self, filename):
30         if not filename.endswith(".flac"):
31             raise Exception("Invalid file format")
32         self.filename = filename
33 
34     def play(self):
35         print("Playing {} as flac".format(self.filename))

上面的代码中，MP3File、WavFile、OggFile三个类型继承了AudioFile这一基类，而FlacFile没有扩展AudioFile，但是可以在python中使用完全相同的接口与之交互。
因为任何提供正确接口的对象都可以在python中交替使用，它减少了多态的一般超类的需求。继承仍然可以用来共享代码，但是如果所有被共享的都是公共接口，鸭子类型就是所有所需的。这减少了继承的需要，同时也减少了多重继承的需要；通常，当多重继承似乎是一个有效方案的时候，我们只需要使用鸭子类型去模拟多个超类之一（定义和那个超类一样的接口和实现）就可以了。