面向对象编程——继承和多态

Posted 2020-10-15 明王不动心

在OOP程序设计中，当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的class继承，新的class称为子类（Subclass），而被继承的class称为基类、父类或超类（Base class、Super class）。

比如我们已经编写了一个名为Animal的class，有一个run()方法可以直接打印：

class Animal(object):
    def run(self):  #为啥没有__init__,因为不需要初始化，就self一个参数。
        print("Animal is running...")

当我们需要编写Dog和Cat类时，就可以直接从Animal类继承：

class Dog(Animal):
    pass

class Cat(Animal):
    pass

对于Dog来说，Animal就是它的父类，对于Animal来说，Dog就是它的子类。Cat和BDog类似。

继承有什么好处？最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于Animal实现了run()方法，因此，Dog和cat作为它的子类，什么事也没干，就自动拥有了run()方法。

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()

运行结果如下：

Animal is running...
Animal is running...

当然，也可以对子类增加一些方法，比如Dog类：

class Dog(Animal):
    def run(self):
        print("Animal is running...")

    def eat(self):
        print("Eating meating")
    

继承的第二个好处需要我们对代码做一点改进。你看到了，无论是Dog还是Cat，它们run()的都是Animal is running...，符合逻辑的做法是分别显示Dog is running...和Cat is running...，因此，对Dog和Cat类改进如下：

class Dog(Animal):
    
    def run(self):   #虽然可以继承，但也可以自己定义
        print("Dog is running...")

class Cat(Animal):
    
    def run(self):
        print("Cat is running...")

dog = Dog()
dog.run()
cat = Cat()
cat.run()

再次运行，结果如下：

Dog is running...
Cat is running...

当子类和父类都存在相同的run()方法时，我们说，子类的run()覆盖了父类的run()，在代码运行的时候，总会调用子类的run()。

这样，我们就获得了继承的另一种好处：多态。要理解什么是多态，我们首先要对数据类型再做一点说明。

当我们定义一个class的时候，我们实际上就定义了一种数据类型。

我们定义的数据类型和Python自带的数据类型，比如str、list、dict、没有什么两样。

a = list() #a是list类型
b = Animal() #b是Animal类型
c = Dog() #c是Dog类型

判断一个变量是否是一个类型可以用isinstance()判断：

>>>isinstance(a,list)
True
>>>isinstance(b,Animal)
True
>>>isinstance(c,Dog)
True

看来a、b、c确实对应着list、Animal、Dog这3种类型。

但是等待，试试：

>>>isinstance(c,Animal)
True

看来c不仅仅是Dog，c还是Animal！

不过仔细想想，这是有道理的，因为Dog是从Animal继承下来的，

当我们创建了一个Dog的实例c时，我们认为c的数据类型是Dog没错，但c同时也是Animal也没错，Dog本来就是Animal的一种。

所以，在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行：

>>>isinstance(b,Dog)
False

Dog可以看成Animal，但Animal不可以看成Dog。

要理解多态的好处，我们还需要再编写一个函数，这个函数接受一个Animal类型的变量：

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

当我们传入Animal的实例时，run_twice()就打印出：

>>>run_twice(Animal())   #注意Animal()是一个实例，只是没有赋值，临时存在于内存空间
Animal is running...     #此处并不是以类作为参数，我们知道它只是逻辑的定时，没有实际的值
Animal is running...

当我们传入Dog的实例时，run_twice()就打印出：

>>>run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...

当我们传入Cat的实例时，run_twice()就打印出：

>>>run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...

看上去没啥意思，但是仔细想想，现在，如果我们再定义一个Tortoise类型，也从Animal派生：

class Tortoise(Animal):
    def run(self):
        print(\'Tortoise is running slowly...\')

当我们调用run_twice()时，传入Tortoise的实例：

>>>run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...

 

你会发现，新增一个Animal的子类，不必对run_twice()做任何修改，

实际上，任何依赖Animal作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行，原因就在于多态。

多态地好处就是，当我们需要传入Dog、Cat、Tortoise......时，我们只需要接受Animal类型就可以了，

因为Dog、Cat、Tortoise......都是Animal类型，然后，按照Animal类型进行操作即可。由于Animal类型有run()方法，

因此，传入的任意类型，只要是Animal类或者子类，就会自动调用实际类型的run()方法，这就是多态的意思。

对于一个变量，我们只需要知道它是Animal类型，无需确切的知道它的子类系，就可以放心的调用run()方法，

而具体调用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat还是Tortoise对象上，由运行时该对象的确切类型决定，

这就是多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Animal的子类时，只要确保run()方法编写正确，

不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：

对扩展开放：允许新增Animal子类；

对修改封闭：不需要修改Animal类型的run_twice等函数。

 

继承还可以一级一级地继承下来，就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样地关系。

而任何类，最终都可以追溯到根类object，这些继承关系看上去就像一颗倒着地树。比如如下地继承树：

 

静态语言 VS 动态语言

对于静态语言（例如Java）来说，如果需要传入Animal类型，则传入的对象必须是Animal类型或者它的子集，否则，将无法调用run()方法。

对于python这样的动态语言来说，则不一定需要传入Animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了：

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

这就是动态语言的“鸭子类型”，它并不要求严格的继承体系，一个对象只要“看起来像鸭子”，“走起路来像鸭子”，那它就可以被看作是鸭子。

python的“file-like object”就是一种鸭子类型。对真正的文件对象，它有一个read()方法，返回其内容。但是，许多对象，只要有read()方法，都被视为“file-like object”。许多函数接受的参数就是“file-like object”，你不一定要传入真正的文件对象，完全可以传入任何实现了read()方法的对象。

 

小结：

继承可以把父类的所有功能都直接拿过来，这样就不必从零做起，子类只需要新增自己特有的方法，也可以把父类不适合的方法覆盖重写。

动态语言的鸭子类型特点决定了继承不像静态语言那样是必须的。

 如果在子类和父类都存在一个方法，但是要打印父类的方法有两种方法：类名.方法(对象)  和 super(类名，对象).方法（）