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稱為子類(Subclass),而被繼承的class稱為基類、父類或超類(Base class、Super class)。
比如,我們已經編寫了一個名為Animal
的class,有一個run()
方法可以直接打印:
class Animal(object): def run(self): 當我們需要編寫Dog
和Cat
類時,就可以直接從Animal
類繼承:class Dog(Animal): passclass Cat(Animal): pass對于Dog
來說,Animal
就是它的父類,對于Animal
來說,Dog
就是它的子類。Cat
和Dog
類似。
繼承有什么好處?最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由于Animial
實現了run()
方法,因此,Dog
和Cat
作為它的子類,什么事也沒干,就自動擁有了run()
方法:
dog = Dog()dog.run()cat = Cat()cat.run()運行結果如下:
Animal is running...Animal is running...當然,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...')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
類改進如下:
class Dog(Animal): def run(self): print('Dog is running...')class Cat(Animal): def run(self): print('Cat is running...')再次運行,結果如下:
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。
要理解什么是多態,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沒什么兩樣:
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看來a
、b
、c
確實對應著list
、Animal
、Dog
這3種類型。
但是等等,試試:
>>> isinstance(c, Animal)True看來c
不僅僅是Dog
,c
還是Animal
!
不過仔細想想,這是有道理的,因為Dog
是從Animal
繼承下來的,當我們創建了一個Dog
的實例c
時,我們認為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,在繼承關系中,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)FalseDog
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() animal.run()當我們傳入Animal
的實例時,run_twice()
就打印出:
>>> run_twice(Animal())Animal is running...Animal is running...當我們傳入Dog
的實例時,run_twice()
就打印出:
>>> run_twice(Dog())Dog is running...Dog is running...當我們傳入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,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:
class Tortoise(Animal): def run(self): print('Tortoise is running slowly...')當我們調用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,不必對run_twice()
做任何修改,實際上,任何依賴Animal
作為參數的函數或者方法都可以不加修改地正常運行,原因就在于多態。
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,因為Dog
、Cat
、Tortoise
……都是Animal
類型,然后,按照Animal
類型進行操作即可。由于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:
對于一個變量,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、再到兒子這樣的關系。而任何類,最終都可以追溯到根類object,這些繼承關系看上去就像一顆倒著的樹。比如如下的繼承樹:

靜態語言 vs 動態語言
對于靜態語言(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。
對于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”,它并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,都被視為“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。
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