面向对象编程——继承和多态(四)
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()