【python】python中的多態與duck typing

python與鴨子類型

調用不同的子類將會產生不同的行爲,而無須明確知道這個子類實際上是什麼,這是多態的重要應用場景。而在python中,因爲鴨子類型(duck typing)使得其多態不是那麼酷。
鴨子類型是動態類型的一種風格。在這種風格中,一個對象有效的語義,不是由繼承自特定的類或實現特定的接口,而是由”當前方法和屬性的集合”決定。這個概念的名字來源於由James Whitcomb Riley提出的鴨子測試,“鴨子測試”可以這樣表述:“當看到一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子,那麼這隻鳥就可以被稱爲鴨子。”
在鴨子類型中,關注的不是對象的類型本身,而是它是如何使用的。例如,在不使用鴨子類型的語言中,我們可以編寫一個函數,它接受一個類型爲”鴨子”的對象,並調用它的”走”和”叫”方法。在使用鴨子類型的語言中,這樣的一個函數可以接受一個任意類型的對象,並調用它的”走”和”叫”方法。如果這些需要被調用的方法不存在,那麼將引發一個運行時錯誤。任何擁有這樣的正確的”走”和”叫”方法的對象都可被函數接受的這種行爲引出了以上表述,這種決定類型的方式因此得名。
鴨子類型通常得益於不測試方法和函數中參數的類型,而是依賴文檔、清晰的代碼和測試來確保正確使用。

靜態類型語言和動態類型語言的區別

靜態類型語言在編譯時便已確定變量的類型,而動態類型語言的變量類型要到程序運行的時候,待變量被賦予某個值之後,纔會具有某種類型。
靜態類型語言的優點首先是在編譯時就能發現類型不匹配的錯誤,編輯器可以幫助我們提前避免程序在運行期間有可能發生的一些錯誤。其次,如果在程序中明確地規定了數據類型,編譯器還可以針對這些信息對程序進行一些優化工作,提高程序執行速度。
靜態類型語言的缺點首先是迫使程序員依照強契約來編寫程序,爲每個變量規定數據類型,歸根結底只是輔助我們編寫可靠性高程序的一種手段,而不是編寫程序的目的,畢竟大部分人編寫程序的目的是爲了完成需求交付生產。其次,類型的聲明也會增加更多的代碼,在程序編寫過程中,這些細節會讓程序員的精力從思考業務邏輯上分散開來。
動態類型語言的優點是編寫的代碼數量更少,看起來也更加簡潔,程序員可以把精力更多地放在業務邏輯上面。雖然不區分類型在某些情況下會讓程序變得難以理解,但整體而言,代碼量越少,越專注於邏輯表達,對閱讀程序是越有幫助的。
動態類型語言的缺點是無法保證變量的類型,從而在程序的運行期有可能發生跟類型相關的錯誤。
動態類型語言對變量類型的寬容給實際編碼帶來了很大的靈活性。由於無需進行類型檢測,我們可以嘗試調用任何對象的任意方法,而無需去考慮它原本是否被設計爲擁有該方法。

面向接口編程

動態類型語言的面向對象設計中,鴨子類型的概念至關重要。利用鴨子類型的思想,我們不必藉助超類型的幫助,就能輕鬆地在動態類型語言中實現一個原則:“面向接口編程,而不是面向實現編程”。例如,一個對象若有push和pop方法,並且這些方法提供了正確的實現,它就可以被當作棧來使用。一個對象如果有length屬性,也可以依照下標來存取屬性(最好還要擁有slice和splice等方法),這個對象就可以被當作數組來使用。

在靜態類型語言中,要實現“面向接口編程”並不是一件容易的事情,往往要通過抽象類或者接口等將對象進行向上轉型。當對象的真正類型被隱藏在它的超類型身後,這些對象才能在類型檢查系統的“監視”之下互相被替換使用。只有當對象能夠被互相替換使用,才能體現出對象多態性的價值。

python中的多態

python中的鴨子類型允許我們使用任何提供所需方法的對象,而不需要迫使它成爲一個子類。
由於python屬於動態語言,當你定義了一個基類和基類中的方法,並編寫幾個繼承該基類的子類時,由於python在定義變量時不指定變量的類型,而是由解釋器根據變量內容推斷變量類型的(也就是說變量的類型取決於所關聯的對象),這就使得python的多態不像是c++或java中那樣,定義一個基類類型變量而隱藏了具體子類的細節。

請看下面的例子和說明:

class AudioFile:
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(self.ext):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

class MP3File(AudioFile):
    ext = "mp3"
    def play(self):
        print("Playing {} as mp3".format(self.filename))

class WavFile(AudioFile):
    ext = "wav"
    def play(self):
        print("Playing {} as wav".format(self.filename))

class OggFile(AudioFile):
    ext = "ogg"
    def play(self):
        print("Playing {} as ogg".format(self.filename))

class FlacFile:
    """
    Though FlacFile class doesn't inherit AudioFile class,
    it also has the same interface as three subclass of AudioFile.

    It is called duck typing.
    """
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(".flac"):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

    def play(self):
        print("Playing {} as flac".format(self.filename))

上面的代碼中,MP3FileWavFileOggFile三個類型繼承了AudioFile這一積累,而FlacFile沒有擴展AudioFile,但是可以在python中使用完全相同的接口與之交互。
因爲任何提供正確接口的對象都可以在python中交替使用,它減少了多態的一般超類的需求。繼承仍然可以用來共享代碼,但是如果所有被共享的都是公共接口,鴨子類型就是所有所需的。這減少了繼承的需要,同時也減少了多重繼承的需要;通常,當多重繼承似乎是一個有效方案的時候,我們只需要使用鴨子類型去模擬多個超類之一(定義和那個超類一樣的接口和實現)就可以了。

參考文件

維基百科:鴨子類型

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