【3.0】Python面向对象之继承

【一】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），父类又可称为基类或超类，新建的类称为派生类或子类。
子类会“”遗传”父类的属性，从而解决代码重用问题（去掉冗余的代码）
python中类的继承分为：单继承和多继承

【二】单继承和多继承

# 定义父类
class ParentClass1:
    pass


# 定义父类
class ParentClass2:
    pass


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


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

【三】查看继承

# 定义父类
class ParentClass1:
    pass


# 定义父类
class ParentClass2:
    pass


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


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


# __base__只查看从左到右继承的第一个子类，
# __bases__则是查看所有继承的父类
print(SubClass1.__bases__)
# (<class '__main__.ParentClass1'>,)

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

【四】经典类与新式类

只有在python2中才分新式类和经典类，python3中统一都是新式类
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
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
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

提示：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。

# 定义父类
class ParentClass1:
    pass


# 定义父类
class ParentClass2:
    pass


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

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

【五】继承与抽象(先抽象再继承)

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。
要找出这种关系，必须先抽象再继承
抽象即抽取类似或者说比较像的部分

【1】抽象

抽象分成两个层次
- 将奥巴马和梅西这俩对象比较像的部分抽取成类；
- 将人，猪，狗这三个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）

【2】继承

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

【六】继承与重用性

【1】单独成类

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

#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

【2】继承总类

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）

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'

【3】代码实现

继承的代码实现

class Animal:

    def eat(self):
        print("%s 吃 " % self.name)

    def drink(self):
        print("%s 喝 " % self.name)

    def shit(self):
        print("%s 拉 " % self.name)

    def pee(self):
        print("%s 撒 " % self.name)


class Cat(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed = '猫'

    def cry(self):
        print('喵喵叫')


class Dog(Animal):

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.breed = '狗'

    def cry(self):
        print('汪汪叫')


c1 = Cat('小白家的小黑猫')
c1.eat()
# 小白家的小黑猫 吃 

c2 = Cat('小黑的小白猫')
c2.drink()
# 小黑的小白猫 喝 

d1 = Dog('胖子家的小瘦狗')
d1.eat()
# 胖子家的小瘦狗 吃

【4】代码重用

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 Garen(Hero):
    pass


class Riven(Hero):
    pass


g1 = Garen('草丛伦', 100, 300)
r1 = Riven('锐雯雯', 57, 200)

print(g1.life_value)
r1.attack(g1)
print(g1.life_value)

'''
运行结果
243
'''

【5】小结

提示：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，大大生了编程工作量，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.
注意：像g1.life_value之类的属性引用，会先从实例中找life_value然后去类中找，然后再去父类中找...直到最顶级的父类。

【七】属性查找顺序

【1】不隐藏属性

有了继承关系，对象在查找属性时
- 先从对象自己的__dict__中找
- 如果没有则去子类中找
- 然后再去父类中找……

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

    # 【3】发现父类中找到了 f2 方法
    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        # 【4】
        # 但是这里犯了难，这个 self 到底是 Foo 还是 Bar ？
        # 我们要时刻记得，源头是谁，这个self就是谁
        # 我们是从 对象 b 来的，而对象 b 又是 Bar 的对象
        # 我们从 Bar 找到了 Foo 类里面，所以我们的源头就是 Bar
        # 那这个 self 就是 Bar ， 而 Bar 类里面有 f1 方法
        # 所以我们就会回到 Bar 类里面
        self.f1()


class Bar(Foo):
    # 【2】来到 Bar 类里面寻找 f2 方法，但是发现自己没有
    # 于是向上查找，去父类 Foo 中查找
    def f1(self):
        # 【5】 找到了 Bar 中的方法
        print('Bar.f1')


# 实例化类得到对象
b = Bar()
# 【1】对象调用方法
b.f2()
# 【6】所以打印的顺序是 Foo 类中的 f2 ， Bar 类中的 f1
# Foo.f2
# Bar.f1

b.f2()会在父类Foo中找到f2
- 先打印Foo.f2
- 然后执行到self.f1(),即b.f1()
仍会按照：对象本身->类Bar->父类Foo的顺序依次找下去
- 在类Bar中找到f1
- 因而打印结果为Foo.f1

【2】隐藏属性

父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以采用双下划线开头的方式将方法设置为私有的

class Foo:
    # 变形为_Foo__fa
    def __f1(self):
        print('Foo.f1')

    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        # 变形为self._Foo__fa,因而只会调用自己所在的类中的方法
        self.__f1()


class Bar(Foo):
    # 变形为_Bar__f1
    def __f1(self):
        print('Bar.f1')


b = Bar()
# 在父类中找到f2方法，进而调用b._Foo__f1()方法，同样是在父类中找到该方法
b.f2()
# Foo.f2
# Foo.f1

【八】继承实现的原理

【1】非菱形结构继承顺序

在Java和C#中子类只能继承一个父类，而Python中子类可以同时继承多个父类，如A(B,C,D)
如果继承关系为非菱形结构，则会按照先找B这一条分支，然后再找C这一条分支，最后找D这一条分支的顺序直到找到我们想要的属性

【2】菱形结构继承顺序

如果继承关系为菱形结构，那么属性的查找方式有两种，分别是：深度优先和广度优先

（1）深度优先

当类是经典类时，多继承情况下，在查找属性不存在时，会按照深度优先的方式查找下去

（2）广度优先

当类是新式类时，多继承情况下，在查找属性不存在时，会按照广度优先的方式查找下去

（3）代码

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()
# 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
print(F.__mro__)

# 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

【3】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

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())
# [<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:
- 子类会先于父类被检查
- 多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
- 如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类

【九】Mixins机制

【1】引入

一个子类可以同时继承多个父类，这样的设计常被人诟病
- 一来它有可能导致可恶的菱形问题
- 二来在人的世界观里继承应该是个”is-a”关系。
比如轿车类之所以可以继承交通工具类，是因为基于人的世界观
- 我们可以说：轿车是一个(“is-a”)交通工具
- 而在人的世界观里，一个物品不可能是多种不同的东西，

【2】多重继承问题

因此多重继承在人的世界观里是说不通的
- 它仅仅只是代码层面的逻辑。
- 不过有没有这种情况，一个类的确是需要继承多个类呢？
答案是有，我们还是拿交通工具来举例子:
- 民航飞机、直升飞机、轿车都是一个（is-a）交通工具
  - 前两者都有一个功能是飞行fly，但是轿车没有
  - 所以如下所示我们把飞行功能放到交通工具这个父类中是不合理的

# 交通工具总类
class Vehicle:
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")


# 民航飞机类
class CivilAircraft(Vehicle):
    pass


# 直升飞机类
class Helicopter(Vehicle):
    pass


# 汽车并不会飞，但按照上述继承关系，汽车也能飞了
class Car(Vehicle):
    pass

但是如果民航飞机和直升机都各自写自己的飞行fly方法，又违背了代码尽可能重用的原则
- （如果以后飞行工具越来越多，那会重复代码将会越来越多）。

【3】多重继承问题解决

怎么办？？？
- 为了尽可能地重用代码，那就只好在定义出一个飞行器的类，然后让民航飞机和直升飞机同时继承交通工具以及飞行器两个父类
- 这样就出现了多重继承。这时又违背了继承必须是”is-a”关系。
- 这个难题该怎么解决？
不同的语言给出了不同的方法，让我们先来了解Java的处理方法。
- Java提供了接口interface功能，来实现多重继承：

// 抽象基类：交通工具类
public abstract class Vehicle {
}

// 接口：飞行器
public interface Flyable {
    public void fly();
}
 
// 类：实现了飞行器接口的类，在该类中实现具体的fly方法，这样下面民航飞机与直升飞机在实现fly时直接重用即可
public class FlyableImpl implements Flyable {
    public void fly() {
        System.out.println("I am flying");
    }
}


 
// 民航飞机，继承自交通工具类，并实现了飞行器接口
public class CivilAircraft extends Vehicle implements Flyable {
    private Flyable flyable;
 
    public CivilAircraft() {
        flyable = new FlyableImpl();
    }
 
    public void fly() {
        flyable.fly();
    }
}

// 直升飞机，继承自交通工具类，并实现了飞行器接口
public class Helicopter extends Vehicle implements Flyable {
    private Flyable flyable;
 
    public Helicopter() {
        flyable = new FlyableImpl();
    }
 
    public void fly() {
        flyable.fly();
    }
}

// 汽车，继承自交通工具类，
public class Car extends Vehicle {
}

现在我们的飞机同时具有了交通工具及飞行器两种属性
- 而且我们不需要重写飞行器中的飞行方法，同时我们没有破坏单一继承的原则。
- 飞机就是一种交通工具，可飞行的能力是飞机的属性，通过继承接口来获取。
回到主题，Python语言可没有接口功能
- 但Python提供了Mixins机制
- 简单来说Mixins机制指的是子类混合(mixin)不同类的功能
- 而这些类采用统一的命名规范（例如Mixin后缀）
- 以此标识这些类只是用来混合功能的，并不是用来标识子类的从属"is-a"关系的
- 所以Mixins机制本质仍是多继承，但同样遵守”is-a”关系

# 交通工具
class Vehicle:
    pass


class FlyableMixin:
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")


# 民航飞机
class CivilAircraft(FlyableMixin, Vehicle):
    pass


# 直升飞机
class Helicopter(FlyableMixin, Vehicle):
    pass


# 汽车
class Car(Vehicle):
    pass

# ps: 采用某种规范（如命名规范）来解决具体的问题是python惯用的套路

可以看到，上面的CivilAircraft、Helicopter类实现了多继承
- 不过它继承的第一个类我们起名为FlyableMixin，而不是Flyable
- 这个并不影响功能，但是会告诉后来读代码的人，这个类是一个Mixin类，表示混入(mix-in)
- 这种命名方式就是用来明确地告诉别人（python语言惯用的手法），这个类是作为功能添加到子类中，而不是作为父类
- 它的作用同Java中的接口。
- 所以从含义上理解，CivilAircraft、Helicopter类都只是一个Vehicle，而不是一个飞行器。

【4】小结

使用Mixin类实现多重继承要非常小心
- 首先它必须表示某一种功能，而不是某个物品，python 对于mixin类的命名方式一般以 Mixin, able, ible 为后缀
- 其次它必须责任单一，如果有多个功能，那就写多个Mixin类，一个类可以继承多个Mixin，为了保证遵循继承的“is-a”原则，只能继承一个标识其归属含义的父类
- 然后，它不依赖于子类的实现
- 最后，子类即便没有继承这个Mixin类，也照样可以工作，就是缺少了某个功能。（比如飞机照样可以载客，就是不能飞了）
Mixins是从多个类中重用代码的好方法，但是需要付出相应的代价
- 我们定义的Minx类越多，子类的代码可读性就会越差
- 并且更恶心的是，在继承的层级变多时，代码阅读者在定位某一个方法到底在何处调用时会晕头转向

class Displayer:
    def display(self, message):
        print(message)


class LoggerMixin:
    def log(self, message, filename='logfile.txt'):
        with open(filename, 'a') as fh:
            fh.write(message)

    def display(self, message):
        super().display(message) # super的用法请参考下一小节
        self.log(message)


class MySubClass(LoggerMixin, Displayer):
    def log(self, message):
        super().log(message, filename='subclasslog.txt') 


obj = MySubClass()
obj.display("This string will be shown and logged in subclasslog.txt")


# 属性查找的发起者是obj,所以会参照类MySubClass的MRO来检索属性
#[<class '__main__.MySubClass'>, <class '__main__.LoggerMixin'>, <class '__main__.Displayer'>, <class 'object'>]

# 1、首先会去对象obj的类MySubClass找方法display，没有则去类LoggerMixin中找，找到开始执行代码
# 2、执行LoggerMixin的第一行代码：执行super().display(message)，参照MySubClass.mro(),super会去下一个类即类Displayer中找，找到display，开始执行代码，打印消息"This string will be shown and logged in subclasslog.txt"
# 3、执行LoggerMixin的第二行代码：self.log(message)，self是对象obj，即obj.log(message)，属性查找的发起者为obj，所以会按照其类MySubClass.mro(),即MySubClass->LoggerMixin->Displayer->object的顺序查找，在MySubClass中找到方法log，开始执行super().log(message, filename='subclasslog.txt')，super会按照MySubClass.mro()查找下一个类，在类LoggerMixin中找到log方法开始执行，最终将日志写入文件subclasslog.txt

Java只允许接口的多重继承。接口本质上是抽象基类，具有所有抽象方法，没有数据成员。
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，继承的子类必须实现抽象基类规定的方法，这样便可保证始终只有一个特定方法或属性的实现，并且不会产生歧义，因而也可以起到避免菱形问题的作用

posted @ 2023-11-30 14:20 Chimengmeng 阅读(163) 评论(0) 编辑收藏举报

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【3.0】Python面向对象之继承

【一】什么是继承

【二】单继承和多继承

【三】查看继承

【四】经典类与新式类

【五】继承与抽象(先抽象再继承)

【1】抽象

【2】继承

【六】继承与重用性

【1】单独成类

【2】继承总类

【3】代码实现

【4】代码重用

【5】小结

【七】属性查找顺序

【1】不隐藏属性

【2】隐藏属性

【八】继承实现的原理

【1】非菱形结构继承顺序

【2】菱形结构继承顺序

（1）深度优先

（2）广度优先

（3）代码

【3】继承原理（Python如何实现的继承）

【九】Mixins机制

【1】引入

【2】多重继承问题

【3】多重继承问题解决

【4】小结

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