Python必学：如何操作使用继承和多态方法？案例详解

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。

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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！

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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：

                ┌───────────────┐
                │    object     │
                └───────────────┘
                        │
           ┌────────────┴────────────┐
           │                         │
           ▼                         ▼
    ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
    │   animal    │           │    plant    │
    └─────────────┘           └─────────────┘
           │                         │
     ┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   dog   │  │   cat   │  │  tree   │  │ flower  │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

静态语言 vs 动态语言

对于静态语言（例如java）来说，如果需要传入animal类型，则传入的对象必须是animal类型或者它的子类，否则，将无法调用run()方法。

对于python这样的动态语言来说，则不一定需要传入animal类型。我们只需要保证传入的对象有一个run()方法就可以了：

class timer(object):
    def run(self):
        print('start...')

这就是动态语言的“鸭子类型”，它并不要求严格的继承体系，一个对象只要“看起来像鸭子，走起路来像鸭子”，那它就可以被看做是鸭子。

python的“file-like object“就是一种鸭子类型。对真正的文件对象，它有一个read()方法，返回其内容。但是，许多对象，只要有read()方法，都被视为“file-like object“。许多函数接收的参数就是“file-like object“，你不一定要传入真正的文件对象，完全可以传入任何实现了read()方法的对象。

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