繼承和多態(tài)

在OOP程序設(shè)計(jì)中,當(dāng)我們定義一個(gè)class的時(shí)候,可以從某個(gè)現(xiàn)有的class繼承,新的class稱(chēng)為子類(lèi)(Subclass),而被繼承的class稱(chēng)為基類(lèi)、父類(lèi)或超類(lèi)(Base class、Super class)。

比如,我們已經(jīng)編寫(xiě)了一個(gè)名為Animal的class,有一個(gè)run()方法可以直接打?。?/p>

class Animal(object):

? ? ? ? ?def run(self):

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?print 'Animal is running...'

當(dāng)我們需要編寫(xiě)Dog和Cat類(lèi)時(shí),就可以直接從Animal類(lèi)繼承:

class Dog(Animal):

? ? ? ? ?pass

class Cat(Animal):

? ? ? ? ? pass

對(duì)于Dog來(lái)說(shuō),Animal就是它的父類(lèi),對(duì)于Animal來(lái)說(shuō),Dog就是它的子類(lèi)。Cat和Dog類(lèi)似。

繼承有什么好處?最大的好處是子類(lèi)獲得了父類(lèi)的全部功能。由于Animial實(shí)現(xiàn)了run()方法,因此,Dog和Cat作為它的子類(lèi),什么事也沒(méi)干,就自動(dòng)擁有了run()方法:

dog= Dog()

dog.run()

cat= Cat()

cat.run()

運(yùn)行結(jié)果如下:

Animal is running...

Animal is running...

當(dāng)然,也可以對(duì)子類(lèi)增加一些方法,比如Dog類(lèi):

class Dog(Animal):

? ? ? ? ?def run(self):

? ? ? ? ? ? ? ? print 'Dog is running...'

? ? ? ? ?def eat(self):

? ? ? ? ? ? ? ? print'Eating meat...'

繼承的第二個(gè)好處需要我們對(duì)代碼做一點(diǎn)改進(jìn)。你看到了,無(wú)論是Dog還是Cat,它們r(jià)un()的時(shí)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(duì)Dog和Cat類(lèi)改進(jìn)如下:

classDog(Animal):defrun(self):print'Dog is running...'classCat(Animal):defrun(self):print'Cat is running...'

再次運(yùn)行,結(jié)果如下:

Dogisrunning...Catisrunning...

當(dāng)子類(lèi)和父類(lèi)都存在相同的run()方法時(shí),我們說(shuō),子類(lèi)的run()覆蓋了父類(lèi)的run(),在代碼運(yùn)行的時(shí)候,總是會(huì)調(diào)用子類(lèi)的run()。這樣,我們就獲得了繼承的另一個(gè)好處:多態(tài)。

要理解什么是多態(tài),我們首先要對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型再作一點(diǎn)說(shuō)明。當(dāng)我們定義一個(gè)class的時(shí)候,我們實(shí)際上就定義了一種數(shù)據(jù)類(lèi)型。我們定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型和Python自帶的數(shù)據(jù)類(lèi)型,比如str、list、dict沒(méi)什么兩樣:

a =list()# a是list類(lèi)型b = Animal()# b是Animal類(lèi)型c = Dog()# c是Dog類(lèi)型

判斷一個(gè)變量是否是某個(gè)類(lèi)型可以用isinstance()判斷:

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

看來(lái)a、b、c確實(shí)對(duì)應(yīng)著list、Animal、Dog這3種類(lèi)型。

但是等等,試試:

>>>isinstance(c, Animal)True

看來(lái)c不僅僅是Dog,c還是Animal!

不過(guò)仔細(xì)想想,這是有道理的,因?yàn)镈og是從Animal繼承下來(lái)的,當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)Dog的實(shí)例c時(shí),我們認(rèn)為c的數(shù)據(jù)類(lèi)型是Dog沒(méi)錯(cuò),但c同時(shí)也是Animal也沒(méi)錯(cuò),Dog本來(lái)就是Animal的一種!

所以,在繼承關(guān)系中,如果一個(gè)實(shí)例的數(shù)據(jù)類(lèi)型是某個(gè)子類(lèi),那它的數(shù)據(jù)類(lèi)型也可以被看做是父類(lèi)。但是,反過(guò)來(lái)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(tài)的好處,我們還需要再編寫(xiě)一個(gè)函數(shù),這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)Animal類(lèi)型的變量:

defrun_twice(animal):animal.run()? ? animal.run()

當(dāng)我們傳入Animal的實(shí)例時(shí),run_twice()就打印出:

>>>run_twice(Animal())Animalisrunning...Animalisrunning...

當(dāng)我們傳入Dog的實(shí)例時(shí),run_twice()就打印出:

>>>run_twice(Dog())Dogisrunning...Dogisrunning...

當(dāng)我們傳入Cat的實(shí)例時(shí),run_twice()就打印出:

>>>run_twice(Cat())Catisrunning...Catisrunning...

看上去沒(méi)啥意思,但是仔細(xì)想想,現(xiàn)在,如果我們?cè)俣x一個(gè)Tortoise類(lèi)型,也從Animal派生:

classTortoise(Animal):defrun(self):print'Tortoise is running slowly...'

當(dāng)我們調(diào)用run_twice()時(shí),傳入Tortoise的實(shí)例:

>>>run_twice(Tortoise())Tortoiseisrunning slowly...Tortoiseisrunning slowly...

你會(huì)發(fā)現(xiàn),新增一個(gè)Animal的子類(lèi),不必對(duì)run_twice()做任何修改,實(shí)際上,任何依賴(lài)Animal作為參數(shù)的函數(shù)或者方法都可以不加修改地正常運(yùn)行,原因就在于多態(tài)。

多態(tài)的好處就是,當(dāng)我們需要傳入Dog、Cat、Tortoise……時(shí),我們只需要接收Animal類(lèi)型就可以了,因?yàn)镈og、Cat、Tortoise……都是Animal類(lèi)型,然后,按照Animal類(lèi)型進(jìn)行操作即可。由于Animal類(lèi)型有run()方法,因此,傳入的任意類(lèi)型,只要是Animal類(lèi)或者子類(lèi),就會(huì)自動(dòng)調(diào)用實(shí)際類(lèi)型的run()方法,這就是多態(tài)的意思:

對(duì)于一個(gè)變量,我們只需要知道它是Animal類(lèi)型,無(wú)需確切地知道它的子類(lèi)型,就可以放心地調(diào)用run()方法,而具體調(diào)用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat還是Tortoise對(duì)象上,由運(yùn)行時(shí)該對(duì)象的確切類(lèi)型決定,這就是多態(tài)真正的威力:調(diào)用方只管調(diào)用,不管細(xì)節(jié),而當(dāng)我們新增一種Animal的子類(lèi)時(shí),只要確保run()方法編寫(xiě)正確,不用管原來(lái)的代碼是如何調(diào)用的。這就是著名的“開(kāi)閉”原則:

對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放:允許新增Animal子類(lèi);

對(duì)修改封閉:不需要修改依賴(lài)Animal類(lèi)型的run_twice()等函數(shù)。

繼承還可以一級(jí)一級(jí)地繼承下來(lái),就好比從爺爺?shù)桨职?、再到兒子這樣的關(guān)系。而任何類(lèi),最終都可以追溯到根類(lèi)object,這些繼承關(guān)系看上去就像一顆倒著的樹(shù)。比如如下的繼承樹(shù):

小結(jié)

繼承可以把父類(lèi)的所有功能都直接拿過(guò)來(lái),這樣就不必重零做起,子類(lèi)只需要新增自己特有的方法,也可以把父類(lèi)不適合的方法覆蓋重寫(xiě);

有了繼承,才能有多態(tài)。在調(diào)用類(lèi)實(shí)例方法的時(shí)候,盡量把變量視作父類(lèi)類(lèi)型,這樣,所有子類(lèi)類(lèi)型都可以正常被接收;

舊的方式定義Python類(lèi)允許不從object類(lèi)繼承,但這種編程方式已經(jīng)嚴(yán)重不推薦使用。任何時(shí)候,如果沒(méi)有合適的類(lèi)可以繼承,就繼承自object類(lèi)。

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