Python:多態、協議和鴨子類型

多態

問起面向對象的三大特性,幾乎每個人都能對答如流:封裝繼承多態。今天我們就要來說一說 Python 中的多態。

所謂多態:就是指一個類實例的相同方法在不同情形有不同表現形式。多態機制使具有不同內部結構的對象可以共享相同的外部接口。這意味着,雖然針對不同對象的具體操作不同,但通過一個公共的類,它們(那些操作)可以通過相同的方式予以調用。

我在《Python 中的設計模式詳解之:策略模式》一文中詳細描述了策略模式的實現,而策略模式就是典型的多態應用。

之前的代碼我就不貼了,大家可以去原文中查看。我依然還是以商品折扣的經典舉例。策略模式一文中,傳統的策略模式實現方式我也是用 Python 代碼實現的,在 java 或 C# 等語言中,實現方式也差不多。以下是 C# 代碼,我只列了個架子:

interface Promotion
{
    double discount(Order order);
}

class FidelityPromo : Promotion  // 第一個具體策略
{
    // 爲積分爲1000或以上的顧客提供5%折扣
    public double discount(Order order)
    
{
        ...
    }
}

class BulkItemPromo : Promotion // 第二個具體策略
{
    //單個商品爲20個或以上時提供10%折扣
    public double discount(Order order)
    
{
        ...
    }
}

class LargeOrderPromo : Promotion // 第三個具體策略
{
    //訂單中的不同商品達到10個或以上時提供7%折扣
    public double discount(Order order)
    
{
        ...
    }
}

可以看到,首先要有一個接口(Promotion),然後各個策略去實現這個接口。然而,Python 語言沒有 interface 關鍵字,就是說,Python 裏沒有像 java、C# 一樣的接口。

在策略模式一文的實現中,使用了抽象基類(Abstract Base Class,ABC)來實現接口,這主要是爲了寫法上看起來和 java、C# 等語言更加的像,易於有這些語言基礎的同學理解和對比。

抽象基類是在 Python 語言誕生 15 年後,Python 2.6 才引入的。這裏我們不詳細介紹抽象基類,因爲即便現在也很少有代碼使用抽象基類。對於多態,Python 有更好的實現方式——鴨子類型(duck typing)。

協議和鴨子類型

所謂 鴨子類型 就是:如果一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子,那麼它就是鴨子。這個概念的名字來源於 James Whitcomb Riley 提出的鴨子測試。

初次看到這個描述的小夥伴一定一頭霧水,爲了理解鴨子類型,我們不得不提到另一個名詞——協議。

在面向對象編程中,協議是非正式的接口,是一組方法,只由文檔和約定定義,因此,協議不能像正式接口那樣施加強制性約束。而 Python 的哲學就是儘量支持基本協議。

翻譯成人話,就是:Python 中沒有接口,在需要使用接口的地方,就用協議代替。所謂協議,其實就是一組方法,和接口中定義的方法一個意思。只不過協議是不是強制性的約定,如果你不遵守協議,那麼也沒關係,運行時報錯就是了。

這樣就好理解鴨子類型了,“如果一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子” 這就表示已經遵守了協議,“那麼它就是鴨子”,意味着你可以在其他用到“鴨子”的地方,用“這隻鳥”替換。這不就是多態嗎?

用“鴨子類型”來實現策略模式也很簡單,刪掉抽象基類就可以了。(這就是爲什麼抽象基類很少使用的原因,因爲刪掉代碼也一樣正確啊。)有興趣的小夥伴可以自己嘗試一下代碼。

Python 中的協議舉例

Python 中有很多的協議,比如迭代器協議,任何實現了 __iter____next__ 方法的對象都可稱之爲迭代器,但對象本身是什麼類型不受限制,這得益於鴨子類型。

from collections import Iterable
from collections import Iterator


class MyIterator:
    def __iter__(self):
        pass

    def __next__(self):
        pass


print(isinstance(MyIterator(), Iterable)) 
print(isinstance(MyIterator(), Iterator)) 

輸出:

True
True

結語

鴨子類型是編程語言中動態類型語言中的一種設計風格,一個對象的特徵不是由父類決定,而是通過對象的方法決定的。

Python 不是不支持多態,而是 Python 本身就是一門多態的語言。

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