Python中继承和多态

继承和多态

在OOP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）。

比如，我们已经编写了一个名为

Animal

的class，有一个

run()

方法可以直接打印：

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

当我们需要编写

Dog

和

Cat

类时，就可以直接从

Animal

类继承：

class Dog(Animal):
pass

class Cat(Animal):
pass

对于

Dog

来说，

Animal

就是它的父类，对于

Animal

来说，

Dog

就是它的子类。

Cat

和

Dog

类似。

继承有什么好处？最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于

Animial

实现了

run()

方法，因此，

Dog

和

Cat

作为它的子类，什么事也没干，就自动拥有了

run()

方法：

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()

运行结果如下：

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

当然，也可以对子类增加一些方法，比如Dog类：

class Dog(Animal):

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

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

继承的第二个好处需要我们对代码做一点改进。你看到了，无论是

Dog

还是

Cat

，它们

run()

的时候，显示的都是

Animal
is running...

，符合逻辑的做法是分别显示

Dog is running...

和

Cat
is running...

，因此，对

Dog

和

Cat

类改进如下：

class Dog(Animal):

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

class Cat(Animal):

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

再次运行，结果如下：

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

当子类和父类都存在相同的

run()

方法时，我们说，子类的

run()

覆盖了父类的

run()

，在代码运行的时候，总是会调用子类的

run()

。这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态。

要理解什么是多态，我们首先要对数据类型再作一点说明。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：

a = list() # a是list类型
b = Animal() # b是Animal类型
c = Dog() # c是Dog类型

判断一个变量是否是某个类型可以用

isinstance()

判断：

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

看来

a

、

b

、

c

确实对应着

list

、

Animal

、

Dog

这3种类型。

但是等等，试试：

>>> isinstance(c, Animal)
True

看来

c

不仅仅是

Dog

，

c

还是

Animal

！

不过仔细想想，这是有道理的，因为

Dog

是从

Animal

继承下来的，当我们创建了一个

Dog

的实例

c

时，我们认为

c

的数据类型是

Dog

没错，但

c

同时也是

Animal

也没错，

Dog

本来就是

Animal

的一种！

所以，在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行：

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

Dog

可以看成

Animal

，但

Animal

不可以看成

Dog

。

要理解多态的好处，我们还需要再编写一个函数，这个函数接受一个

Animal

类型的变量：

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

当我们传入

Animal

的实例时，

run_twice()

就打印出：

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

当我们传入

Dog

的实例时，

run_twice()

就打印出：

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

当我们传入

Cat

的实例时，

run_twice()

就打印出：

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

看上去没啥意思，但是仔细想想，现在，如果我们再定义一个

Tortoise

类型，也从

Animal

派生：

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

当我们调用

run_twice()

时，传入

Tortoise

的实例：

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

你会发现，新增一个

Animal

的子类，不必对

run_twice()

做任何修改，实际上，任何依赖

Animal

作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行，原因就在于多态。

多态的好处就是，当我们需要传入

Dog

、

Cat

、

Tortoise

……时，我们只需要接收

Animal

类型就可以了，因为

Dog

、

Cat

、

Tortoise

……都是

Animal

类型，然后，按照

Animal

类型进行操作即可。由于

Animal

类型有

run()

方法，因此，传入的任意类型，只要是

Animal

类或者子类，就会自动调用实际类型的

run()

方法，这就是多态的意思：

对于一个变量，我们只需要知道它是

Animal

类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用

run()

方法，而具体调用的

run()

方法是作用在

Animal

、

Dog

、

Cat

还是

Tortoise

对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种

Animal

的子类时，只要确保

run()

方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：

对扩展开放：允许新增

Animal

子类；

对修改封闭：不需要修改依赖

Animal

类型的

run_twice()

等函数。

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：