python3-繼承和多態

在OOP程序設計中，當咱們定義一個class的時候，能夠從某個現有的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）。

好比，咱們已經編寫了一個名爲Animal的class，有一個run()方法能夠直接打印：

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

當咱們須要編寫Dog和Cat類時，就能夠直接從Animal類繼承：

class Dog(Animal):
    pass

class Cat(Animal):
    pass

對於Dog來講，Animal就是它的父類，對於Animal來講，Dog就是它的子類。Cat和Dog相似。

繼承有什麼好處？最大的好處是子類得到了父類的所有功能。因爲Animial實現了run()方法，所以，Dog和Cat做爲它的子類，什麼事也沒幹，就自動擁有了run()方法：

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()

運行結果以下：

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

固然，也能夠對子類增長一些方法，好比Dog類：

class Dog(Animal):

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

    def eat(self):
        print('Eating meat...')

繼承的第二個好處須要咱們對代碼作一點改進。你看到了，不管是Dog仍是Cat，它們run()的時候，顯示的都是Animal is running...，符合邏輯的作法是分別顯示Dog is running...和Cat is running...，所以，對Dog和Cat類改進以下：

class Dog(Animal):

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

class Cat(Animal):

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

再次運行，結果以下：

Dog is running...
Cat is running...

當子類和父類都存在相同的run()方法時，咱們說，子類的run()覆蓋了父類的run()，在代碼運行的時候，老是會調用子類的run()。這樣，咱們就得到了繼承的另外一個好處：多態。

要理解什麼是多態，咱們首先要對數據類型再做一點說明。當咱們定義一個class的時候，咱們實際上就定義了一種數據類型。咱們定義的數據類型和Python自帶的數據類型，好比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

判斷一個變量是不是某個類型能夠用isinstance()判斷：

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

看來a、b、c確實對應着list、Animal、Dog這3種類型。

可是等等，試試：

>>> isinstance(c, Animal)
True

看來c不只僅是Dog，c仍是Animal！

不過仔細想一想，這是有道理的，由於Dog是從Animal繼承下來的，當咱們建立了一個Dog的實例c時，咱們認爲c的數據類型是Dog沒錯，但c同時也是Animal也沒錯，Dog原本就是Animal的一種！

因此，在繼承關係中，若是一個實例的數據類型是某個子類，那它的數據類型也能夠被看作是父類。可是，反過來就不行：

>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False

Dog能夠當作Animal，但Animal不能夠當作Dog。

要理解多態的好處，咱們還須要再編寫一個函數，這個函數接受一個Animal類型的變量：

def run_twice(animal):
    animal.run()
    animal.run()

當咱們傳入Animal的實例時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...

當咱們傳入Dog的實例時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...

當咱們傳入Cat的實例時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...

看上去沒啥意思，可是仔細想一想，如今，若是咱們再定義一個Tortoise類型，也從Animal派生：

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

當咱們調用run_twice()時，傳入Tortoise的實例：

>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...

你會發現，新增一個Animal的子類，沒必要對run_twice()作任何修改，實際上，任何依賴Animal做爲參數的函數或者方法均可以不加修改地正常運行，緣由就在於多態。

多態的好處就是，當咱們須要傳入Dog、Cat、Tortoise……時，咱們只須要接收Animal類型就能夠了，由於Dog、Cat、Tortoise……都是Animal類型，而後，按照Animal類型進行操做便可。因爲Animal類型有run()方法，所以，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，咱們只須要知道它是Animal類型，無需確切地知道它的子類型，就能夠放心地調用run()方法，而具體調用的run()方法是做用在Animal、Dog、Cat仍是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，無論細節，而當咱們新增一種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：容許新增Animal子類；

對修改封閉：不須要修改依賴Animal類型的run_twice()等函數。

繼承還能夠一級一級地繼承下來，就比如從爺爺到爸爸、再到兒子這樣的關係。而任何類，最終均可以追溯到根類object，這些繼承關係看上去就像一顆倒着的樹。好比以下的繼承樹：

靜態語言 vs 動態語言

對於靜態語言（例如Java）來講，若是須要傳入Animal類型，則傳入的對象必須是Animal類型或者它的子類，不然，將沒法調用run()方法。

對於Python這樣的動態語言來講，則不必定須要傳入Animal類型。咱們只須要保證傳入的對象有一個run()方法就能夠了：

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」，那它就能夠被看作是鴨子。

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。可是，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「，你不必定要傳入真正的文件對象，徹底能夠傳入任何實現了read()方法的對象。

小結

繼承能夠把父類的全部功能都直接拿過來，這樣就沒必要重零作起，子類只須要新增本身特有的方法，也能夠把父類不適合的方法覆蓋重寫。

動態語言的鴨子類型特色決定了繼承不像靜態語言那樣是必須的。