Day5面向對象編程2/2

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DogCat類時,就可以直接從Animal類繼承:

class Dog(Animal):
    pass

class 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。CatDog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,DogCat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().run()

運行結果如下:

Animal is running...
Animal is running...
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。
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
>>> isinstance(c, Animal)
True
>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False

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:


image.png

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。


獲取對象信息

基本類型都可以用type()判斷:

>>> type(123)
<class 'int'>
>>> type('str')
<class 'str'>
>>> type(None)
<type(None) 'NoneType'>

如果一個變量指向函數或者類,也可以用type()判斷:

>>> type(abs)
<class 'builtin_function_or_method'>
>>> type(a)
<class '__main__.Animal'>

能用type()判斷的基本類型也可以用isinstance()判斷:

>>> isinstance('a', str)
True
>>> isinstance(123, int)
True
>>> isinstance(b'a', bytes)
True

并且還可以判斷一個變量是否是某些類型中的一種,比如下面的代碼就可以判斷是否是list或者tuple:

>>> isinstance([1, 2, 3], (list, tuple))
True
>>> isinstance((1, 2, 3), (list, tuple))
True

使用dir()

如果要獲得一個對象的所有屬性和方法,可以使用dir()函數,它返回一個包含字符串的list。

>>> dir('ABC')
['__add__', '__class__',..., '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold',..., 'zfill']

類似__xxx__的屬性和方法在Python中都是有特殊用途的,比如__len__方法返回長度。在Python中,如果你調用len()函數試圖獲取一個對象的長度,實際上,在len()函數內部,它自動去調用該對象的__len__()方法,所以,下面的代碼是等價的:

>>> len('ABC')
3
>>> 'ABC'.__len__()
3

剩下的都是普通屬性或方法,比如lower()返回小寫的字符串:

>>> 'ABC'.lower()
'abc'

僅僅把屬性和方法列出來是不夠的,配合getattr()setattr()以及hasattr(),我們可以直接操作一個對象的狀態:

>>> class MyObject(object):
...     def __init__(self):
...         self.x = 9
...     def power(self):
...         return self.x * self.x
...
>>> obj = MyObject()
>>> hasattr(obj, 'x') # 有屬性'x'嗎?
True
>>> obj.x
9
>>> hasattr(obj, 'y') # 有屬性'y'嗎?
False
>>> setattr(obj, 'y', 19) # 設置一個屬性'y'
>>> hasattr(obj, 'y') # 有屬性'y'嗎?
True
>>> getattr(obj, 'y') # 獲取屬性'y'
19
>>> obj.y # 獲取屬性'y'
19
>>> hasattr(obj, 'power') # 有屬性'power'嗎?
True
>>> getattr(obj, 'power') # 獲取屬性'power'
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn = getattr(obj, 'power') # 獲取屬性'power'并賦值到變量fn
>>> fn # fn指向obj.power
<bound method MyObject.power of <__main__.MyObject object at 0x10077a6a0>>
>>> fn() # 調用fn()與調用obj.power()是一樣的
81

操作的對象要加引號''


實例屬性和類屬性

由于Python是動態語言,根據類創建的實例可以任意綁定屬性。
給實例綁定屬性的方法是通過實例變量,或者通過self變量:

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

s = Student('Bob')
s.score = 90

但是,如果Student類本身需要綁定一個屬性呢?可以直接在class中定義屬性,這種屬性是類屬性,歸Student類所有:

class Student(object):
    name = 'Student'
>>> class Student(object):
...     name = 'Student'
...
>>> s = Student() # 創建實例s
>>> print(s.name) # 打印name屬性,因為實例并沒有name屬性,所以會繼續查找class的name屬性
Student
>>> print(Student.name) # 打印類的name屬性
Student
>>> s.name = 'Michael' # 給實例綁定name屬性
>>> print(s.name) # 由于實例屬性優先級比類屬性高,因此,它會屏蔽掉類的name屬性
Michael
>>> print(Student.name) # 但是類屬性并未消失,用Student.name仍然可以訪問
Student
>>> del s.name # 如果刪除實例的name屬性
>>> print(s.name) # 再次調用s.name,由于實例的name屬性沒有找到,類的name屬性就顯示出來了
Student
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