Python11.1

繼承和多態

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稱爲子類（Subclass），而被繼承的class稱爲基類、父類或超類（Base class、Super class）。

比如，我們已經編寫了一個名爲Animal的class，有一個run()方法可以直接打印；當我們需要編寫Dog和Cat類時，就可以直接從Animal類繼承；對於Dog來說，Animal就是它的父類，對於Animal來說，Dog就是它的子類。Cat和Dog類似。

繼承最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由於Animial實現了run()方法，因此，Dog和Cat作爲它的子類，就自動擁有了run()方法：

class Animal(object):
    def run(self):
        print('Animal is running...')
class Dog(Animal):
    pass
class Cat(Animal):
    pass
dog=Dog()
dog.run()
cat=Cat()
cat.run()

運行結果：

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

也可以對子類增加一些方法，比如Dog類：

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

運行結果：

Dog is running...
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

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

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

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

運行結果：

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。

要理解什麼是多態，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沒什麼兩樣：

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：

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

a、b、c確實對應着list、Animal、Dog這3種類型。

試試：

>>> isinstance(c, Animal)
True

看來c不僅僅是Dog，c還是Animal！因爲Dog是從Animal繼承下來的，當我們創建了一個Dog的實例c時，我們認爲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，在繼承關係中，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：

>>> 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：

def run_twice(animal):
    animal.run()

當我們傳入實例時，run_twice()就打印出：

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

運行結果：

Animal is running...
Dog 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，當我們調用run_twice()時，傳入Tortoise的實例：

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

運行結果：

Tortoise is running slowly...

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作爲參數的函數或者方法都可以不加修改地正常運行，原因就在於多態。

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，因爲Dog、Cat、Tortoise……都是Animal類型，然後，按照Animal類型進行操作即可。

由於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：對於一個變量，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、再到兒子這樣的關係。而任何類，最終都可以追溯到根類object，這些繼承關係看上去就像一顆倒着的樹。

靜態語言 vs 動態語言

對於靜態語言（例如Java）來說，如果需要傳入Animal類型，則傳入的對象必須是Animal類型或者它的子類，否則，將無法調用run()方法。

對於Python這樣的動態語言來說，則不一定需要傳入Animal類型。我們只需要保證傳入的對象有一個run()方法就可以了：

class Timer(object):
    def run(self):
        print('Start...')

這就是動態語言的“鴨子類型”，它並不要求嚴格的繼承體系，一個對象只要“看起來像鴨子，走起路來像鴨子”，那它就可以被看做是鴨子。

Python的“file-like object“就是一種鴨子類型。對真正的文件對象，它有一個read()方法，返回其內容。但是，許多對象，只要有read()方法，都被視爲“file-like object“。許多函數接收的參數就是“file-like object“，你不一定要傳入真正的文件對象，完全可以傳入任何實現了read()方法的對象。

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。
動態語言的鴨子類型特點決定了繼承不像靜態語言那樣是必須的。