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用實例解釋Python中的繼承和多態的概念

2020-06-14 10:01廖雪峰 Python

這篇文章主要介紹了用實例解釋Python中的繼承和多態的概念,繼承和多臺是學習每一門面對對象的編程語言時都必須掌握的重要知識,需要的朋友可以參考下

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:

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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:

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class Dog(Animal):
  pass
 
class Cat(Animal):
  pass

對于Dog來說,Animal就是它的父類,對于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。由于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:

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

運行結果如下:

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

當然,也可以對子類增加一些方法,比如Dog類:

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class Dog(Animal):
  def run(self):
    print 'Dog is running...'
  def eat(self):
    print 'Eating meat...'

繼承的第二個好處需要我們對代碼做一點改進。你看到了,無論是Dog還是Cat,它們run()的時候,顯示的都是Animal is running...,符合邏輯的做法是分別顯示Dog is running...和Cat is running...,因此,對Dog和Cat類改進如下:

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

再次運行,結果如下:

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

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:

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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:

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

看來a、b、c確實對應著list、Animal、Dog這3種類型。

但是等等,試試:

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>>> isinstance(c, Animal)
True

看來c不僅僅是Dog,c還是Animal!

不過仔細想想,這是有道理的,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:

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>>> 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:

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

當我們傳入Animal的實例時,run_twice()就打印出:

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>>> 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:

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>>> 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:

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

看上去沒啥意思,但是仔細想想,現在,如果我們再定義一個Tortoise類型,也從Animal派生:

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

當我們調用run_twice()時,傳入Tortoise的實例:

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>>> 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,原因就在于多態。

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。由于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:

對于一個變量,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。

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著的樹。比如如下的繼承樹:

用實例解釋Python中的繼承和多態的概念

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;

有了繼承,才能有多態。在調用類實例方法的時候,盡量把變量視作父類類型,這樣,所有子類類型都可以正常被接收;

舊的方式定義Python類允許不從object類繼承,但這種編程方式已經嚴重不推薦使用。任何時候,如果沒有合適的類可以繼承,就繼承自object類。

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