Python3 面向对象-类的继承与派生

Posted 2021-01-27 yujiaershao

 

1、什么是继承？

继承是一种创建新类的方式，新建的类可以继承一个或多个父类（python支持多继承），父类可称为基类或超类，新建的类称为派生类和或子类。

子类会遗传父类的属性，从而解决代码重用问题。

 

python中类的继承分为：单继承和多继承。

class ParentClass1:
    pass

class ParentClass2:
    pass

class SubClass1(ParentClass1):           # 单继承，基类是 ParentClass1，派生类是SubClass1
    pass

class SubClass2(ParentClass1, ParentClass2):   # 多继承，用逗号分隔开多个继承的类。
    pass

 

查看继承：

print(SubClass1.__bases__)          # (<class ‘__main__.ParentClass1‘>,)
print(SubClass2.__bases__)          # (<class ‘__main__.ParentClass1‘>, <class ‘__main__.ParentClass2‘>)

 

经典类与新式类

1.只有在python2中才分新式类和经典类，python3中统一都是新式类
2.在python2中，没有显式的继承object类的类，以及该类的子类，都是经典类
3.在python2中，显式地声明继承object的类，以及该类的子类，都是新式类
3.在python3中，无论是否继承object，都默认继承object，即python3中所有类均为新式类

 

如果没有指定基类，python的类会默认继承object类，object是所有python类的基类，它提供了一些常见方法（如__str__）的实现。

print(ParentClass1.__bases__)       # (<class ‘object‘>,)
print(ParentClass2.__bases__)       # (<class ‘object‘>,) 

 

 

 

2、继承与抽象

继承描述的是子类与父类之间的关系，是一种什么是什么的关系，必须先继承再抽象。

抽象即抽取比较像的部分。

抽象分成两个层次：

1）路人甲和路人乙这俩人比较像的部分抽取成类。

2）将人，猪，狗这三类比较像的部分抽取成父类。

抽象最主要的作用是划分类别（可以隔离关注点，降低复杂度）

继承是基于抽象的结果，通过编程语言去实现它，肯定是先经历抽象这个过程，才能通过继承的方式去表达出抽象的结构。

抽象只是分析和设计的过程中，一个动作或者说一种技巧。通过抽象可以得到类。

 

 

3、继承与重用性

==========================第一部分
例如

　　猫可以：喵喵叫、吃、喝、拉、撒

　　狗可以：汪汪叫、吃、喝、拉、撒

如果我们要分别为猫和狗创建一个类，那么就需要为 猫 和 狗 实现他们所有的功能，伪代码如下：

#猫和狗有大量相同的内容
class 猫：

def 喵喵叫(self):
print ‘喵喵叫‘

def 吃(self):
# do something

def 喝(self):
# do something

def 拉(self):
# do something

def 撒(self):
# do something

class 狗：

def 汪汪叫(self):
print ‘喵喵叫‘

def 吃(self):
# do something

def 喝(self):
# do something

def 拉(self):
# do something

def 撒(self):
# do something

 

==========================第二部分
上述代码不难看出，吃、喝、拉、撒是猫和狗都具有的功能，而我们却分别的猫和狗的类中编写了两次。如果使用 继承 的思想，如下实现：

　　动物：吃、喝、拉、撒

　　 猫：喵喵叫（猫继承动物的功能）

　　 狗：汪汪叫（狗继承动物的功能）

伪代码如下：
class 动物:

def 吃(self):
# do something

def 喝(self):
# do something

def 拉(self):
# do something

def 撒(self):
# do something

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 猫(动物)：

def 喵喵叫(self):
print ‘喵喵叫‘

# 在类后面括号中写入另外一个类名，表示当前类继承另外一个类
class 狗(动物)：

def 汪汪叫(self):
print ‘喵喵叫‘

 

==========================第三部分
#继承的代码

class Animal:
    def eat(self):
        print(‘%s 吃‘ % self.name)

    def drink(self):

 

 在开发程序的过程中，如果我们定义了一个类A，然后又想新建立另外一个类B，但是类B的大部分内容与类A的相同时

我们不可能从头开始写一个类B，这就用到了类的继承的概念。

通过继承的方式新建类B，让B继承A，B会‘遗传’A的所有属性(数据属性和函数属性)，实现代码重用

 

class Hero:
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value):
        self.nickname=nickname
        self.aggressivity=aggressivity
        self.life_value=life_value

    def move_forward(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_backward(self):
        print(‘%s move backward‘ %self.nickname)

    def move_left(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_right(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def attack(self,enemy):
        enemy.life_value-=self.aggressivity
class ChengYaojin(Hero):
    pass

class HouYi(Hero):
    pass

g1=ChengYaojin(‘程咬金‘,100,300)
r1=HouYi(‘后裔‘,57,200)

print(g1.life_value)                # 300
r1.attack(g1)
print(g1.life_value)                # 243

 

用已经有的类建立一个新的类，这样就重用了已经有的软件中的一部分设置大部分，节省了编程工作量，这就是常说的软件重用，不仅可以重用自己的类，也可以继承别人的，比如标准库，来定制新的数据类型，这样就是大大缩短了软件开发周期，对大型软件开发来说，意义重大.

class Foo:
    def f1(self):
        print(‘Foo.f1‘)

    def f2(self):
        print(‘Foo.f2‘)
        self.f1()

class Bar(Foo):
    def f1(self):
        print(‘Foo.f3‘)

b=Bar()
b.f2()
# Foo.f2  Foo.f3
# 先从自己的方法里面找

 

4、派生

子类也可以添加自己的新属性，或者在自己这里重新定义这些属性（不会影响到父类），需要注意的是，一旦重新定义了自己的属性与父类重名，那么调用该属性，以自己的为准。

class Hero:
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value):
        self.nickname=nickname
        self.aggressivity=aggressivity
        self.life_value=life_value

    def move_forward(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_backward(self):
        print(‘%s move backward‘ %self.nickname)

    def move_left(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_right(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def attack(self,enemy):
        enemy.life_value-=self.aggressivity
class ChengYaojin(Hero):
    pass

class HouYi(Hero):
    camp=‘Noxus‘
    def attack(self,enemy): #在自己这里定义新的attack,不再使用父类的attack,且不会影响父类
        print(‘from HouYi‘)
        enemy.life_value += self.aggressivity
    def fly(self): #在自己这里定义新的
        print(‘%s is flying‘ %self.nickname)

g1=ChengYaojin(‘程咬金‘,100,300)
r1=HouYi(‘后裔‘,57,200)

print(g1.life_value)
r1.attack(g1)       # 父类是减生命值，后裔的类中有attack函数，调用自己的attack函数，（300 + 57）
print(g1.life_value)

print(r1.life_value)
g1.attack(r1)                   # 父类是减生命值，程咬金的类没有attack函数，调用父类的attack函数，（200 - 100）
print(r1.life_value)

在子类中，新建的重名的函数属性，在编辑函数内功能的时候，有可能需要重用父类中重名的那个函数功能，应该是用调用普通函数的方式，即类名.func(),此时就与调用普通函数无异了，因此即便是self参数也要为之传值。

 

class Hero:
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value):
        self.nickname=nickname
        self.aggressivity=aggressivity
        self.life_value=life_value

    def move_forward(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_backward(self):
        print(‘%s move backward‘ %self.nickname)

    def move_left(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_right(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def attack(self,enemy):
        enemy.life_value-=self.aggressivity

class ChengYaojin(Hero):
    pass

class HouYi(Hero):
    camp=‘Noxus‘
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value):
        self.nickname = nickname
        self.aggressivity = aggressivity
        self.life_value = life_value

    def attack(self,enemy): #在自己这里定义新的attack,不再使用父类的attack,且不会影响父类
        print(‘from HouYi‘)
        enemy.life_value += self.aggressivity
    def fly(self): #在自己这里定义新的
        print(‘%s is flying‘ %self.nickname)

H1 = HouYi(‘xiaohong‘, 50, 400)
print(H1.__dict__)

#################改写：

class Hero:
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value):
        self.nickname=nickname
        self.aggressivity=aggressivity
        self.life_value=life_value

    def move_forward(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_backward(self):
        print(‘%s move backward‘ %self.nickname)

    def move_left(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def move_right(self):
        print(‘%s move forward‘ %self.nickname)

    def attack(self,enemy):
        enemy.life_value-=self.aggressivity

class ChengYaojin(Hero):
    pass

class HouYi(Hero):
    camp=‘Noxus‘
    def __init__(self,nickname,aggressivity,life_value,skin):
        Hero.__init__(self,nickname,aggressivity,life_value)
        self.skin = skin       #新增属性
    def attack(self,enemy): #在自己这里定义新的attack,不再使用父类的attack,且不会影响父类
        Hero.attack(self,enemy)     #调用功能
        print(‘from HouYi‘)

    def fly(self): #在自己这里定义新的
        print(‘%s is flying‘ %self.nickname)

H1 = HouYi(‘后裔‘, 50, 400, ‘yellow‘)
C1 = ChengYaojin(‘程咬金‘, 30, 500)
print(H1.skin)
print(C1.life_value)
H1.attack(C1)
print(C1.life_value)

 

 

5、组合与重用性

软件重用的重要方式除了继承之外还有另外一个方式：组合

软件组合指的是，在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。

 

class Equip:
    def fire(self):
        print(‘release Fire skill‘)

class HouYi:
    camp=‘蓝方‘
    def __init__(self, nickname):
        self.nickname = nickname
        self.equip = Equip()

R1 = HouYi(‘后裔‘)
R1.equip.fire()     # release Fire skill

 

组合与继承都是有效的利用已有的类资源的重要方式，但二者的概念和使用场景皆不同。

1、继承的方式

通过继承建立了派生类与基类直接的关系，它是一种‘是’的关系，比如黑猫是猫，人是动物。

当类之间有很多相同的功能，提取这些共同的功能做成基类，用继承比较好，比如老师是人，学生是人，

2、组合的方式

用组合的方式建立了类与组合的类之间的关系，它是一种‘有’的关系，比如老师有生日，老师教mysql，老师有学生等。

 

class People:
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex

class Course:
    def __init__(self, name, price, period):
        self.name = name
        self.price = price
        self.period = period
    def show_info(self):
        print(‘<%s %s %s>‘ % (self.name, self.price, self.period))

class Teacher(People):
    def __init__(self, name, age, sex, job_title):
        People.__init__(self, name, age, sex)
        self.job_title = job_title
        self.course=[]
        self.students=[]

class Student(People):
    def __init__(self, name, age, sex):
        People.__init__(self, name, age, sex)
        self.course = []

T1 = Teacher(‘Mr Yu‘, 36, ‘男‘, ‘首席头牌‘)
S1 = Student(‘小明‘, 14, ‘男‘)

python=Course(‘python‘,‘2500‘, 12)
linux=Course(‘linux‘,‘2000‘,10)

#为老师T1和学生S1添加课程
T1.course.append(python)
T1.course.append(linux)
S1.course.append(linux)

#为老师T1i添加学生S1
T1.students.append(S1)

for obj in T1.course:
    obj.show_info()

 

当类之间有显著不同，并且较小的类是较大类所需要的组件时，用组合比较好。

 

 

6、抽象类

1）什么是抽象类

与java一样，python也有抽象类的概念，但是同样需要借助模块实现，抽象类是一个特殊的类，它的特殊之处在于只能被继承，不能被实例化。

2）为什么要有抽象类

如果说类是从一堆对象中抽取出来的，那么抽象类就是从一堆类中抽取相同的内容而来的。内容包括数据属性和函数属性。

从设计角度来看，如果类是从现实对象抽象而来的，那么抽象类就是基于类抽象而来的。

从现实角度来看，抽象类与普通类的不同之处在于，抽象类只能有抽象的方法（没有实现功能），该类不能被实例化，只能被继承，且子类必须实现抽象方法。这一点与接口有点类似，但其实是不同的。

3）在python中实现抽象类。

#_*_coding:utf-8_*_
#一切皆文件
import abc # 利用abc模块实现抽象类

class All_File(metaclass=abc.ABCMeta):
    all_type = ‘file‘
    @abc.abstractmethod # 定义抽象方法，无需实现功能
    def read(self):
        ‘子类必须定义读功能‘
        pass

    @abc.abstractmethod #定义抽象方法，无需实现功能
    def write(self):
        ‘子类必须定义写功能‘
        pass


# class Txt(All_File): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
#     pass             # 子类没有定义抽象类方法，所以报错
# t1 = Txt()        #TypeError: Can‘t instantiate abstract class Txt with abstract methods read, write


class Txt(All_File): #子类继承抽象类，但是必须定义read和write方法
    def read(self):
        print(‘文本数据的读取方法‘)
    def write(self):
        print(‘文本数据的写入方法‘)

t1 = Txt()
t1.read()       #文本数据的读取方法
t1.write()      #文本数据的写入方法

 

4）抽象类与接口

抽象类本质上还是类，指的是一组类的相似性，包括数据属性，函数属性。而接口只强调函数属性的相似性。

抽象类是一个介于类和接口直接的一个概念，同时具备类和接口的部分特性，可以用来实现归一化设计。

 

7、继承实现的原理

 

 

继承原理（python如何实现的继承）

 

python到底是如何实现继承的，对于你定义的每一个类，python会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表，这个MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表，例如

 

>>> F.mro() #等同于F.__mro__
[<class ‘__main__.F‘>, <class ‘__main__.D‘>, <class ‘__main__.B‘>, <class ‘__main__.E‘>, <class ‘__main__.C‘>, <class ‘__main__.A‘>, <class ‘object‘>]

 

 

 

为了实现继承,python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。
而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。我们不去深究这个算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表并遵循如下三条准则:
1.子类会先于父类被检查
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
3.如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类

 

 

 

# 继承顺序
class A(object):
    def test(self):
        print(‘from A‘)

class B(A):
    def test(self):
        print(‘from B‘)

class C(A):
    def test(self):
        print(‘from C‘)

class D(B):
    def test(self):
        print(‘from D‘)

class E(C):
    def test(self):
        print(‘from E‘)

class F(D,E):
    # def test(self):
    #     print(‘from F‘)
    pass
f1=F()
f1.test()
print(F.__mro__) #只有新式才有这个属性可以查看线性列表，经典类没有这个属性

#新式类继承顺序:F->D->B->E->C->A
#经典类继承顺序:F->D->B->A->E->C
#python3中统一都是新式类
#pyhon2中才分新式类与经典类

 

 

子类调用父类的方法

方法一：指名道姓，即父类名.父类方法()

 

# coding = gbk

class Vehicle:      # 定义交通工具
    country = ‘China‘
    def __init__(self, name, speed, load, power):
        self.name = name
        self.speed = speed
        self.load = load
        self.power = power
    def run(self):
        print(‘GO,GO,GO‘)

class Subway(Vehicle):
    def __init__(self, name, speed, load, power, line):
        Vehicle.__init__(self ,name, speed, load, power)
        self.line = line
    def run(self):
        print(‘%s %s线欢迎您！‘ % (self.name, self.line))

　　　　Vehicle.run(self)　　　　

Line4 = Subway(‘北京地铁‘, ‘200km/s‘, ‘1200人‘, ‘电‘, ‘13号‘)
Line4.run()

输出：

北京地铁 13号线欢迎您！
GO,GO,GO

 

方法二：super()

 

# coding = gbk

class Vehicle:      # 定义交通工具
    country = ‘China‘
    def __init__(self, name, speed, load, power):
        self.name = name
        self.speed = speed
        self.load = load
        self.power = power
    def run(self):
        print(‘GO,GO,GO‘)

class Subway(Vehicle):
    def __init__(self, name, speed, load, power, line):
        #Vehicle.__init__(self ,name, speed, load, power)   #原方式
        super().__init__(name, speed, load, power)  #python3中，super() 等同于 super(Subway, self)
        self.line = line
    def run(self):
        print(‘%s %s线欢迎您！‘ % (self.name, self.line))
        #Vehicle.run(self)
        super().run()

Line4 = Subway(‘北京地铁‘, ‘200km/s‘, ‘1200人‘, ‘电‘, ‘13号‘)

Line4.run()

输出：

北京地铁 13号线欢迎您！
GO,GO,GO