繼承和多態

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):
        print(‘Animal is running...‘)

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):
    
 
pass

class Cat(Animal):
    pass

對於Dog來說，Animal就是它的父類，對於Animal來說，Dog就是它的子類。Cat和Dog類似。

繼承有什麽好處？最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由於Animial實現了run()方法，因此，Dog和Cat作為它的子類，什麽事也沒幹，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...

多態：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。

要理解什麽是多態，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沒什麽兩樣：

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)
False

Dog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，原因就在於多態。

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，然後，按照Animal類型進行操作即可。由於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：

對於一個變量，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：

                ┌───────────────┐
                │    object     │
                └───────────────┘
                        │
           ┌────────────┴────────────┐
           │                         │
           ▼                         ▼
    ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
    │   Animal    │           │    Plant    │
    └─────────────┘           └─────────────┘
           │                         │
     ┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │   Cat   │  │  Tree   │  │ Flower  │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

python:繼承和多態