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大一第四次培训

2021/2/8 12:15:10 文章标签: 测试文章如有侵权请发送至邮箱809451989@qq.com投诉后文章立即删除

继承 类的封装、继承、多态 3 大特性,前面已经详细介绍了 Python 类的封装,本节继续讲解 Python 类的继承机制。 继承机制经常用于创建和现有类功能类似的新类,又或是新类只需要在现有类基础上添加一些成员(属性和方法&#xff0…

继承

类的封装、继承、多态 3 大特性,前面已经详细介绍了 Python 类的封装,本节继续讲解 Python 类的继承机制。

继承机制经常用于创建和现有类功能类似的新类,又或是新类只需要在现有类基础上添加一些成员(属性和方法),但又不想直接将现有类代码复制给新类。也就是说,通过使用继承这种机制,可以轻松实现类的重复使用。

举个例子,假设现有一个 Shape 类,该类的 draw() 方法可以在屏幕上画出指定的形状,现在需要创建一个 Form 类,要求此类不但可以在屏幕上画出指定的形状,还可以计算出所画形状的面积。要创建这样的类,笨方法是将 draw() 方法直接复制到新类中,并添加计算面积的方法。实现代码如下所示:

class Shape:
    def draw(self,content):
        print("画",content)
class Form:
    def draw(self,content):
        print("画",content)
    def area(self):
        #....
        print("此图形的面积为...")

当然还有更简单的方法,就是使用类的继承机制。实现方法为:让 From 类继承 Shape 类,这样当 From 类对象调用 draw() 方法时,Python 解释器会先去 From 中找以 draw 为名的方法,如果找不到,它还会自动去 Shape 类中找。如此,我们只需在 From 类中添加计算面积的方法即可,示例代码如下:

class Shape:
    def draw(self,content):
        print("画",content)
class Form(Shape):
    def area(self):
        #....
        print("此图形的面积为...")

上面代码中,class From(Shape) 就表示 From 继承 Shape。

Python 中,实现继承的类称为子类,被继承的类称为父类(也可称为基类、超类)。因此在上面这个样例中,From 是子类,Shape 是父类。

子类继承父类时,只需在定义子类时,将父类(可以是多个)放在子类之后的圆括号里即可。语法格式如下:

class 类名(父类1, 父类2, ...)#类定义部分

注意,如果该类没有显式指定继承自哪个类,则默认继承 object 类(object 类是 Python 中所有类的父类,即要么是直接父类,要么是间接父类)。另外,Python 的继承是多继承机制(和 C++ 一样),即一个子类可以同时拥有多个直接父类。

注意,有读者可能还听说过“派生”这个词汇,它和继承是一个意思,只是观察角度不同而已。换句话话,继承是相对子类来说的,即子类继承自父类;而派生是相对于父类来说的,即父类派生出子类。

了解了继承机制的含义和语法之后,下面代码演示了继承机制的用法:

class People:
    def say(self):
        print("我是一个人,名字是:",self.name)
class Animal:
    def display(self):
        print("人也是高级动物")
#同时继承 People 和 Animal 类
#其同时拥有 name 属性、say() 和 display() 方法
class Person(People, Animal):
    pass
zhangsan = Person()
zhangsan.name = "张三"
zhangsan.say()
zhangsan.display()

运行结果,结果为:
我是一个人,名字是: 张三
人也是高级动物

可以看到,虽然 Person 类为空类,但由于其继承自 People 和 Animal 这 2 个类,因此实际上 Person 并不空,它同时拥有这 2 个类所有的属性和方法。
没错,子类拥有父类所有的属性和方法,即便该属性或方法是私有(private)的。

关于Python的多继承
事实上,大部分面向对象的编程语言,都只支持单继承,即子类有且只能有一个父类。而 Python 却支持多继承(C++也支持多继承)。

和单继承相比,多继承容易让代码逻辑复杂、思路混乱,一直备受争议,中小型项目中较少使用,后来的 Java、C#、PHP 等干脆取消了多继承。

使用多继承经常需要面临的问题是,多个父类中包含同名的类方法。对于这种情况,Python 的处置措施是:根据子类继承多个父类时这些父类的前后次序决定,即排在前面父类中的类方法会覆盖排在后面父类中的同名类方法。

举个例子:

class People:
    def __init__(self):
        self.name = People
    def say(self):
        print("People类",self.name)
class Animal:
    def __init__(self):
        self.name = Animal
    def say(self):
        print("Animal类",self.name)
#People中的 name 属性和 say() 会遮蔽 Animal 类中的
class Person(People, Animal):
    pass
zhangsan = Person()
zhangsan.name = "张三"
zhangsan.say()

程序运行结果为:
People类 张三

可以看到,当 Person 同时继承 People 类和 Animal 类时,People 类在前,因此如果 People 和 Animal 拥有同名的类方法,实际调用的是 People 类中的。
虽然 Python 在语法上支持多继承,但逼不得已,建议大家不要使用多继承。

重写父类方法

前面讲过在 Python 中,子类继承了父类,那么子类就拥有了父类所有的类属性和类方法。通常情况下,子类会在此基础上,扩展一些新的类属性和类方法。

但凡事都有例外,我们可能会遇到这样一种情况,即子类从父类继承得来的类方法中,大部分是适合子类使用的,但有个别的类方法,并不能直接照搬父类的,如果不对这部分类方法进行修改,子类对象无法使用。针对这种情况,我们就需要在子类中重复父类的方法。

举个例子,鸟通常是有翅膀的,也会飞,因此我们可以像如下这样定义个和鸟相关的类:

class Bird:
    #鸟有翅膀
    def isWing(self):
        print("鸟有翅膀")
    #鸟会飞
    def fly(self):
        print("鸟会飞")

但是,对于鸵鸟来说,它虽然也属于鸟类,也有翅膀,但是它只会奔跑,并不会飞。针对这种情况,可以这样定义鸵鸟类:

class Ostrich(Bird):
    # 重写Bird类的fly()方法
    def fly(self):
        print("鸵鸟不会飞")

可以看到,因为 Ostrich 继承自 Bird,因此 Ostrich 类拥有 Bird 类的 isWing() 和 fly() 方法。其中,isWing() 方法同样适合 Ostrich,但 fly() 明显不适合,因此我们在 Ostrich 类中对 fly() 方法进行重写。
重写,有时又称覆盖,是一个意思,指的是对类中已有方法的内部实现进行修改。

在上面 2 段代码的基础上,添加如下代码并运行:

class Bird:
    #鸟有翅膀
    def isWing(self):
        print("鸟有翅膀")
    #鸟会飞
    def fly(self):
        print("鸟会飞")
class Ostrich(Bird):
    # 重写Bird类的fly()方法
    def fly(self):
        print("鸵鸟不会飞")
# 创建Ostrich对象
ostrich = Ostrich()
#调用 Ostrich 类中重写的 fly() 类方法
ostrich.fly()

运行结果为:
鸵鸟不会飞

显然,ostrich 调用的是重写之后的 fly() 类方法。
如何调用被重写的方法
事实上,如果我们在子类中重写了从父类继承来的类方法,那么当在类的外部通过子类对象调用该方法时,Python 总是会执行子类中重写的方法。

这就产生一个新的问题,即如果想调用父类中被重写的这个方法,该怎么办呢?

很简单,前面讲过,Python 中的类可以看做是一个独立空间,而类方法其实就是出于该空间中的一个函数。而如果想要全局空间中,调用类空间中的函数,只需要在调用该函数是备注类名即可。举个例子:

class Bird:
    #鸟有翅膀
    def isWing(self):
        print("鸟有翅膀")
    #鸟会飞
    def fly(self):
        print("鸟会飞")
class Ostrich(Bird):
    # 重写Bird类的fly()方法
    def fly(self):
        print("鸵鸟不会飞")
# 创建Ostrich对象
ostrich = Ostrich()
#调用 Bird 类中的 fly() 方法
Bird.fly(ostrich)

程序运行结果为:
鸟会飞

此程序中,需要大家注意的一点是,使用类名调用其类方法,Python 不会为该方法的第一个 self 参数自定绑定值,因此采用这种调用方法,需要手动为 self 参数赋值。

通过类名调用实例方法的这种方式,又被称为未绑定方法。之前已经讲过了。

super()

前面不止一次讲过,Python 中子类会继承父类所有的类属性和类方法。严格来说,类的构造方法其实就是实例方法,因此毫无疑问,父类的构造方法,子类同样会继承。

但我们知道,Python 是一门支持多继承的面向对象编程语言,如果子类继承的多个父类中包含同名的类实例方法,则子类对象在调用该方法时,会优先选择排在最前面的父类中的实例方法。显然,构造方法也是如此。

举个例子:

class People:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def say(self):
        print("我是人,名字为:",self.name)
class Animal:
    def __init__(self,food):
        self.food = food
    def display(self):
        print("我是动物,我吃",self.food)
#People中的 name 属性和 say() 会遮蔽 Animal 类中的
class Person(People, Animal):
    pass
per = Person("zhangsan")
per.say()
#per.display()

运行结果,结果为:
我是人,名字为: zhangsan

上面程序中,Person 类同时继承 People 和 Animal,其中 People 在前。这意味着,在创建 per 对象时,其将会调用从 People 继承来的构造函数。因此我们看到,上面程序在创建 per 对象的同时,还要给 name 属性进行赋值。

但如果去掉最后一行的注释,运行此行代码,Python 解释器会报如下错误:

Traceback (most recent call last):
File “D:\python3.6\Demo.py”, line 18, in
per.display()
File “D:\python3.6\Demo.py”, line 11, in display
print(“我是动物,我吃”,self.food)
AttributeError: ‘Person’ object has no attribute ‘food’

这是因为,从 Animal 类中继承的 display() 方法中,需要用到 food 属性的值,但由于 People 类的构造方法“遮蔽”了Animal 类的构造方法,使得在创建 per 对象时,Animal 类的构造方法未得到执行,所以程序出错。

反过来也是如此,如果将第 13 行代码改为如下形式:

class Person(Animal, People)

则在创建 per 对象时,会给 food 属性传值。这意味着,per.display() 能顺序执行,但 per.say() 将会报错。

针对这种情况,正确的做法是定义 Person 类自己的构造方法(等同于重写第一个直接父类的构造方法)。但需要注意,如果在子类中定义构造方法,则必须在该方法中调用父类的构造方法。

在子类中的构造方法中,调用父类构造方法的方式有 2 种,分别是:
类可以看做一个独立空间,在类的外部调用其中的实例方法,可以向调用普通函数那样,只不过需要额外备注类名(此方式又称为未绑定方法);
使用 super() 函数。但如果涉及多继承,该函数只能调用第一个直接父类的构造方法。

也就是说,涉及到多继承时,在子类构造函数中,调用第一个父类构造方法的方式有以上 2 种,而调用其它父类构造方法的方式只能使用未绑定方法。

值得一提的是,Python 2.x 中,super() 函数的使用语法格式如下:

super(Class, obj).__init__(self,...)

其中,Class 值得是子类的类名,obj 通常指的就是 self。

但在 Python 3.x 中,super() 函数有一种更简单的语法格式,推荐大家使用这种格式:

super().__init__(self,...)

在掌握 super() 函数用法的基础上,我们可以尝试修改上面的程序:

class People:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def say(self):
        print("我是人,名字为:",self.name)
class Animal:
    def __init__(self,food):
        self.food = food
    def display(self):
        print("我是动物,我吃",self.food)
class Person(People, Animal):
    #自定义构造方法
    def __init__(self,name,food):
        #调用 People 类的构造方法
        super().__init__(name)
        #super(Person,self).__init__(name) #执行效果和上一行相同
        #People.__init__(self,name)#使用未绑定方法调用 People 类构造方法
        #调用其它父类的构造方法,需手动给 self 传值
        Animal.__init__(self,food)    
per = Person("zhangsan","熟食")
per.say()
per.display()

运行结果为:
我是人,名字为: zhangsan
我是动物,我吃 熟食

可以看到,Person 类自定义的构造方法中,调用 People 类构造方法,可以使用 super() 函数,也可以使用未绑定方法。但是调用 Animal 类的构造方法,只能使用未绑定方法。

多态

在面向对象程序设计中,除了封装和继承特性外,多态也是一个非常重要的特性,本节就带领大家详细了解什么是多态。

我们都知道,Python 是弱类型语言,其最明显的特征是在使用变量时,无需为其指定具体的数据类型。这会导致一种情况,即同一变量可能会被先后赋值不同的类对象,例如:

class CLanguage:
    def say(self):
        print("赋值的是 CLanguage 类的实例对象")
class CPython:
    def say(self):
        print("赋值的是 CPython 类的实例对象")
a = CLanguage()
a.say()
a = CPython()
a.say()

运行结果为:
赋值的是 CLanguage 类的实例对象
赋值的是 CPython 类的实例对象

可以看到,a 可以被先后赋值为 CLanguage 类和 CPython 类的对象,但这并不是多态。类的多态特性,还要满足以下 2 个前提条件:

继承:多态一定是发生在子类和父类之间;
重写:子类重写了父类的方法。

下面程序是对上面代码的改写:

class CLanguage:
    def say(self):
        print("调用的是 Clanguage 类的say方法")
class CPython(CLanguage):
    def say(self):
        print("调用的是 CPython 类的say方法")
class CLinux(CLanguage):
    def say(self):
        print("调用的是 CLinux 类的say方法")
a = CLanguage()
a.say()
a = CPython()
a.say()
a = CLinux()
a.say()

程序执行结果为:
调用的是 Clanguage 类的say方法
调用的是 CPython 类的say方法
调用的是 CLinux 类的say方法

可以看到,CPython 和 CLinux 都继承自 CLanguage 类,且各自都重写了父类的 say() 方法。从运行结果可以看出,同一变量 a 在执行同一个 say() 方法时,由于 a 实际表示不同的类实例对象,因此 a.say() 调用的并不是同一个类中的 say() 方法,这就是多态。

但是,仅仅学到这里,大家还无法领略 Python 类使用多态特性的精髓。其实,Python 在多态的基础上,衍生出了一种更灵活的编程机制。

继续对上面的程序进行改写:

class WhoSay:
    def say(self,who):
        who.say()
class CLanguage:
    def say(self):
        print("调用的是 Clanguage 类的say方法")
class CPython(CLanguage):
    def say(self):
        print("调用的是 CPython 类的say方法")
class CLinux(CLanguage):
    def say(self):
        print("调用的是 CLinux 类的say方法")
a = WhoSay()
#调用 CLanguage 类的 say() 方法
a.say(CLanguage())
#调用 CPython 类的 say() 方法
a.say(CPython())
#调用 CLinux 类的 say() 方法
a.say(CLinux())

程序执行结果为:
调用的是 Clanguage 类的say方法
调用的是 CPython 类的say方法
调用的是 CLinux 类的say方法

此程序中,通过给 WhoSay 类中的 say() 函数添加一个 who 参数,其内部利用传入的 who 调用 say() 方法。这意味着,当调用 WhoSay 类中的 say() 方法时,我们传给 who 参数的是哪个类的实例对象,它就会调用那个类中的 say() 方法。


本文链接: http://www.dtmao.cc/news_show_2000322.shtml

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