Python之继承与多态

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-06-03 03:52 360阅读 0赞

本文对现有的一些资料及博客进行了一些整合并加上一些自己的理解，通过一些简单有代表性的例子来解释Python的继承和多态，相信有其他面向对象基础的同学能够很快理解掌握。

### Python 类的继承 ###

在OOP（Object Oriented Programming）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）。

我们先来定义一个class Person，表示人，定义属性变量 name 及 sex （姓名和性别）；

定义一个方法print\_title()：当sex是male时，print man；当sex 是female时，print woman。参考如下代码：

# -*- coding: utf-8 -*-
    class Person(object):
        def __init__(self,name,sex):
            self.name = name
            self.sex = sex
    
        def print_title(self):
            if self.sex == "male":
                print("man")
            elif self.sex == "female":
                print("woman")
    
    class Child(Person):                            # Child 继承 Person
        pass
    
    May = Child("May","female")
    Peter = Person("Peter","male")
    
    print(May.name,May.sex,Peter.name,Peter.sex)    # 子类继承父类方法及属性
    May.print_title()
    Peter.print_title()

而我们编写 Child 类，完全可以继承 Person 类（Child 就是 Person）；使用 class subclass\_name(baseclass\_name) 来表示继承；

继承有什么好处？最大的好处是子类获得了父类的全部属性及功能。如下 Child 类就可以直接使用父类的 print\_title() 方法

实例化Child的时候，子类继承了父类的构造函数，就需要提供父类Person要求的两个属性变量 name 及 sex：

在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它也可以被看做是父类（May 既是 Child 又是 Person）。但是，反过来就不行（Peter 仅是 Person，而不是Child）。

继承还可以一级一级地继承下来，就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样的关系。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的树。比如如下的继承树：  
![这里写图片描述][SouthEast]

#### isinstance() 及 issubclass() ####

Python 与其他语言不同点在于，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没什么两样。

Python 有两个判断继承的函数：isinstance() 用于检查实例类型；issubclass() 用于检查类继承。参见下方示例：

class Person(object):
        pass
    
    class Child(Person):                 # Child 继承 Person
        pass
    
    May = Child()
    Peter = Person()    
    
    print(isinstance(May,Child))         # True
    print(isinstance(May,Person))        # True
    print(isinstance(Peter,Child))       # False
    print(isinstance(Peter,Person))      # True
    print(issubclass(Child,Person))      # True

### Python的多重继承 ###

**经典类，没有object**  
**新式类：有object**

python和C++一样，支持多继承。概念虽然容易，但是困难的工作是如果子类调用一个自身没有定义的属性，它是按照何种顺序去到父类寻找呢，尤其是众多父类中有多个都包含该同名属性。

对经典类和新式类来说，属性的查找顺序是不同的。现在我们分别看一下经典类和新式类两种不同的表现：

**经典类：**

#! /usr/bin/python
    # -*- coding:utf-8 -*-
    
    class P1():
        def foo(self):
            print 'p1-foo'
    
    class P2():
        def foo(self):
            print 'p2-foo'
        def bar(self):
            print 'p2-bar'
    
    class C1(P1,P2):
        pass
    
    class C2(P1,P2):
        def bar(self):
            print 'C2-bar'
    
    class D(C1,C2):
        pass
    
    
    if __name__ =='__main__':
        d=D()
        d.foo()
        d.bar()

执行的结果：

p1-foo  
p2-bar

将代码实例，画了一个图，方便理解：

![这里写图片描述][SouthEast 1]

从上面经典类的输出结果来看，

实例d调用foo()时，搜索顺序是 D => C1 => P1，

实例d调用bar()时，搜索顺序是 D => C1 => P1 => P2

总结：**经典类**的搜索方式是按照“从左至右，**深度优先**”的方式去查找属性。d先查找自身是否有foo方法，没有则查找最近的父类C1里是否有该方法，如果没有则继续向上查找，直到在P1中找到该方法，查找结束。

**新式类：**

#! /usr/bin/python
    # -*- coding:utf-8 -*-
    
    class P1(object):
        def foo(self):
            print 'p1-foo'
    
    class P2(object):
        def foo(self):
            print 'p2-foo'
        def bar(self):
            print 'p2-bar'
    
    class C1(P1,P2):
        pass
    
    class C2(P1,P2):
        def bar(self):
            print 'C2-bar'
    
    class D(C1,C2):
        pass 
    
    
    if __name__ =='__main__':
        print D.__mro__   #只有新式类有__mro__属性，告诉查找顺序是怎样的
        d=D()
        d.foo()
        d.bar()

执行的结果：

(<class '__main__.D'>, <class '__main__.C1'>, <class '__main__.C2'>, <class '__main__.P1'>, <class '__main__.P2'>, <type 'object'>)
    
    p1-foo
    C2-bar

从上面新式类的输出结果来看，

实例d调用foo()时，搜索顺序是 D => C1 => C2 => P1

实例d调用bar()时，搜索顺序是 D => C1 => C2

总结：新式类的搜索方式是采用“广度优先”的方式去查找属性。

在Python 2及以前的版本中，由任意内置类型派生出的类（只要一个内置类型位于类树的某个位置），都属于“新式类”，都会获得所有“新式类”的特性；反之，即不由任意内置类型派生出的类，则称之为“经典类”。

“新式类”和“经典类”的区分在Python 3之后就已经不存在，在Python 3.x之后的版本，因为所有的类都派生自内置类型object(即使没有显示的继承object类型)，即所有的类都是“新式类”。

官方文档 [https://www.python.org/doc/newstyle/][https_www.python.org_doc_newstyle]

Python中继承的一些特点：  
在python中继承中的一些特点：

1：在继承中基类的构造（**init**()方法）不会被自动调用，它需要在其派生类的构造中亲自专门调用。

2：在调用基类的方法时，需要加上基类的类名前缀，且需要带上self参数变量。区别于在类中调用普通函数时并不需要带上self参数（例子见下面的多态代码）

3：Python总是首先查找对应类型的方法，如果它不能在派生类中找到对应的方法，它才开始到基类中逐个查找。（先在本类中查找调用的方法，找不到才去基类中找，具体查找方式有深度优先搜索和广度优先搜索）。

### Python的多态 ###

在说明多态是什么之前，我们在 Child 类中重写 print\_title() 方法：若为male，print boy；若为female，print girl

class Person(object):
        def __init__(self,name,sex):
            self.name = name
            self.sex = sex
    
        def print_title(self):
            if self.sex == "male":
                print("man")
            elif self.sex == "female":
                print("woman")
    
    class Child(Person):                # Child 继承 Person
        def print_title(self):
            if self.sex == "male":
                print("boy")
            elif self.sex == "female":
                print("girl")
    
    May = Child("May","female")
    Peter = Person("Peter","male")
    
    print(May.name,May.sex,Peter.name,Peter.sex)
    May.print_title()
    Peter.print_title()

当子类和父类都存在相同的 print\_title()方法时，子类的 print\_title() 覆盖了父类的 print\_title()，在代码运行时，会调用子类的 print\_title()

这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态。

多态的好处就是，当我们需要传入更多的子类，例如新增 Teenagers、Grownups 等时，我们只需要继承 Person 类型就可以了，而print\_title()方法既可以直不重写（即使用Person的），也可以重写一个特有的。这就是多态的意思。调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种Person的子类时，只要确保新方法编写正确，而不用管原来的代码。这就是著名的“开闭”原则  
对扩展开放（Open for extension）：允许子类重写方法函数  
对修改封闭（Closed for modification）：不重写，直接继承父类方法函数  
（类似于Java中的动态绑定，通过对象来调用其需要被调用的函数，多态的特点是函数的参数列表不同，例如参数个数等）

### Python的重写 ###

子类可以没有构造函数，表示同父类构造一致；子类也可重写构造函数；现在，我们需要在子类 Child 中新增两个属性变量：mother 和 father，我们可以构造如下（建议子类调用父类的构造方法，参见后续代码）：

class Person(object):
        def __init__(self,name,sex):
        self.name = name
        self.sex = sex
    
    class Child(Person):                # Child 继承 Person
        def __init__(self,name,sex,mother,father):
            self.name = name
            self.sex = sex
            self.mother = mother
            self.father = father
    
    May = Child("May","female","April","June")
    print(May.name,May.sex,May.mother,May.father)    
    
    Person

若父类构造函数包含很多属性，子类仅需新增1、2个，会有不少冗余的代码，这边，子类可对父类的构造方法进行调用，参考如下：

class Person(object):
        def __init__(self,name,sex):
            self.name = name
            self.sex = sex
    
    class Child(Person):                          # Child 继承 Person
        def __init__(self,name,sex,mother,father):
            Person.__init__(self,name,sex)        # 子类对父类的构造方法的调用
            self.mother = mother
            self.father = father
    
    May = Child("May","female","April","June")
    print(May.name,May.sex,May.mother,May.father)

重写相当于覆盖，在参数列表相同的情况下，可以通过重写的方式来优先调用当前类中的方法，对于上述代码中调用父类方法的地方需要注意，要主动带有self参数。

[SouthEast]: /images/20220603/7f393aa54fcd44ef95c87aacc640891b.png
[SouthEast 1]: /images/20220603/d9705365696d42f480cf56f983a3f5d5.png
[https_www.python.org_doc_newstyle]: https://www.python.org/doc/newstyle/