08-27-周三_17-09-29
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Python/Python面向对象/继承与多态.md
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@@ -0,0 +1,789 @@
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# 继承
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子类可复用父类的属性和方法，并扩展新功能，实现代码复用和逻辑分层。例如，"电动车"类继承自"汽车"类，新增"充电"方法。
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不用继承创建对象
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```python
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class Person:
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def __init__(self,name,sex,age):
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self.name = name
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self.age = age
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self.sex = sex
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class Cat:
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def __init__(self,name,sex,age):
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self.name = name
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self.age = age
|
||||
self.sex = sex
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class Dog:
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def __init__(self,name,sex,age):
|
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self.name = name
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self.age = age
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self.sex = sex
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```
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使用继承的方式
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```python
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class Aniaml(object):
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def __init__(self,name, age):
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self.name = name
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self.age = age
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def eat(self):
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print(f"{self.name}吃东西..")
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class Dog(Aniaml):
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pass
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xiaotianquan = Dog("哮天犬",5)
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xiaotianquan.eat()
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```
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继承概念：子类拥有父类的所有方法和属性。
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<img src="继承与多态/继承对比图示.png" alt="img-继承对比图示" style="zoom:80%;" />
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**继承的优点**：
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1. 增加了类的耦合性（耦合性不宜多，宜精）。
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2. 减少了重复代码。
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3. 使得代码更加规范化，合理化。
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# 继承分类
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上面的那个例子，涉及到的专业术语：
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- `Dog` 类是 `Animal` 类的**子类**，`Animal` 类是 `Dog` 类的**父类**，`Dog` 类从 `Animal` 类**继承**
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- `Dog` 类是 `Animal` 类的**派生类**，`Animal` 类是 `Dog` 类的**基类**，`Dog` 类从 `Animal` 类**派生**
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继承：可以分**单继承，多继承**。
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这里需要补充一下 python 中类的种类（继承需要）：
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在 python 2 版本中存在两种类.：
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- ⼀个叫**经典类**. 在 Python2 中，经典类是指没有显式继承自 `object` 的类。它们使用旧的类定义方式。
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- ⼀个叫**新式类**. 新式类是指显式继承自 `object` 或其他新式类的类。新式类在 Python 2.2 中引入，并在 Python 3 中成为默认。
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# 单继承
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## 对象执行父类方法
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```python
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class Aniaml(object):
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type_name = '动物类'
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def __init__(self,name,sex,age):
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||||
self.name = name
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self.age = age
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self.sex = sex
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def eat(self):
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print('吃',self)
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class Person(Aniaml):
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pass
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class Cat(Aniaml):
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||||
pass
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||||
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class Dog(Aniaml):
|
||||
pass
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print(Person.type_name)
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Person.eat('东西')
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print(Person.type_name)
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p1 = Person('aaron','男',18)
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print(p1.__dict__)
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print(p1.type_name)
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p1.type_name = '666'
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print(p1)
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p1.eat()
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```
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## 执行顺序
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```python
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||||
class Aniaml(object):
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def __init__(self,name, age):
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||||
self.name = name
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self.age = age
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def eat(self):
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||||
print(f"{self.name}吃东西..")
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||||
class person(Aniaml):
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def eat(self):
|
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print('%s 用筷子吃饭' % self.name)
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class Dog(Aniaml):
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pass
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class Cat(Aniaml):
|
||||
pass
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||||
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person1 = person('张三',18)
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person1.eat()
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```
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## 同时执行类以及父类方法
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方法一：如果想执行父类的 eat() 方法，可以在子类的方法中写上：父类.eat(对象,其他参数)
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```python
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||||
class Aniaml(object):
|
||||
type_name = '动物类'
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||||
def __init__(self,name,sex,age):
|
||||
self.name = name
|
||||
self.age = age
|
||||
self.sex = sex
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||||
def eat(self):
|
||||
print('吃东西')
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||||
class Person(Aniaml):
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||||
def __init__(self,name,sex,age,mind):
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||||
Aniaml.__init__(self,name,sex,age)
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||||
self.mind = mind
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||||
def eat(self):
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||||
Aniaml.eat(self)
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||||
print('%s 吃饭'%self.name)
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||||
class Cat(Aniaml):
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||||
pass
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class Dog(Aniaml):
|
||||
pass
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p1 = Person('aaron','男',18,'想吃东西')
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||||
p1.eat()
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```
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方法二：利用 `super().func(参数)`
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```python
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||||
class Aniaml(object):
|
||||
type_name = '动物类'
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||||
def __init__(self,name,sex,age):
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||||
self.name = name
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||||
self.age = age
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||||
self.sex = sex
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def eat(self):
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||||
print('吃东西')
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||||
class Person(Aniaml):
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||||
def __init__(self,name,sex,age,mind):
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# super(Person,self).__init__(name,sex,age)
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||||
super().__init__(name,sex,age)
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self.mind = mind
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def eat(self):
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||||
super().eat()
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||||
print('%s 吃饭' % self.name)
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class Cat(Aniaml):
|
||||
pass
|
||||
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||||
class Dog(Aniaml):
|
||||
pass
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p1 = Person('aaron','男',18,'想吃东西')
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||||
p1.eat()
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```
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## 方法重写
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- 如果在开发中，父类的方法实现和子类的方法实现，完全不同，可以使用覆盖的方式，在子类中重新编写父类的方法实现
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- 具体的实现方式，就相当于在子类中定义了一个和父类同名的方法并且实现
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- 重写之后，在运行时，只会调用子类中重写的方法，而不再会调用父类封装的方法
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## 子类中扩展父类方法
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- 如果在开发中，子类的方法实现中包含父类的方法实现
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- 父类原本封装的方法实现** 是 **子类方法的一部分**
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- 就可以使用扩展的方式
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1. 在子类中重写父类的方法
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2. 在需要的位置使用 `super().父类方法` 来调用父类方法的执行
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3. 代码其他的位置针对子类的需求，编写 子类特有的代码实现
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**关于 `super`**
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- 在 `Python` 中 `super` 是一个特殊的类
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- `super()` 就是使用 `super` 类创建出来的对象
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- 最常使用的场景就是在重写父类方法时，调用在父类中封装的方法实现
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## 父类的私有属性和私有方法
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子类对象不能在自己的方法内部，直接访问父类的私有属性或私有方法，但可以通过父类的公有方法间接访问
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- **私有属性、方法** 是对象的隐私，不对外公开，外界以及子类都不能直接访问
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- **私有属性、方法** 通常用于做一些内部的事情
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- `B` 的对象不能直接访问 `__num2` 属性
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- `B` 的对象不能在 `demo` 方法内访问 `__num2` 属性
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- `B` 的对象可以在 `demo` 方法内，调用父类的 `test` 方法
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- 父类的 `test` 方法内部，能够访问 `__num2` 属性和 `__test` 方法
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```python
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class Animal:
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def __init__(self,name):
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||||
self.__name = name
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def __eat(self):
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print(self.__name + "Eating...")
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def eat2(self):
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self.__eat()
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class Dog(Animal):
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pass
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a = Dog('哮天犬')
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print(a.name)
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a.__eat()
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a.eat2()
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```
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# 多继承
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**概念**
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- **子类** 可以拥有 **多个父类**，并且具有 **所有父类** 的 **属性** 和 **方法**
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- 例如：**孩子** 会继承自己 **父亲** 和 **母亲** 的 **特性**
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**语法**
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```python
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class 子类名(父类名1, 父类名2...)
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pass
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```
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||||
**问题的提出**
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- 如果 **不同的父类** 中存在 **同名的方法**，**子类对象** 在调用方法时，会调用 **哪一个父类中**的方法呢？
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> 提示：**开发时，应该尽量避免这种容易产生混淆的情况！** —— 如果 **父类之间** 存在 **同名的属性或者方法**，应该 **尽量避免** 使用多继承
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```python
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class shengxian: # 神仙
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def fei(self):
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print("神仙会飞")
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def eat(self):
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||||
print("吃人参果")
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class monkey: # 猴
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def eat(self):
|
||||
print("吃桃子")
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class songwukong(shengxian,monkey): #孙悟空既是神仙也是猴
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def __init__(self):
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self.name = "孙悟空"
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def eat(self):
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||||
print("我是齐天大圣，我不用吃东西")
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swk = songwukong()
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swk.eat()
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```
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## 经典类
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```python
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class A:
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||||
pass
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class B(A):
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||||
pass
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class C(A):
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||||
pass
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class D(B, C):
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||||
pass
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class E:
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||||
pass
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||||
class F(D, E):
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||||
pass
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||||
class G(F, D):
|
||||
pass
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class H:
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||||
pass
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||||
class Foo(H, G):
|
||||
pass
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```
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示意图
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在经典类中采⽤的是深度优先，遍历⽅案：优先遍历继承链的最左侧分支直至顶端，再向右查找其他分支。
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类的 MRO (method resolution order): Foo-> H -> G -> F -> E -> D -> B -> A -> C。
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## 新式类
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C3 算法是 Python 中用于解决多继承场景下方法解析顺序（MRO）的核心算法，其设计目标是保证继承关系的一致性、本地优先级和单调性。
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### 算法核心原理
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C3 算法的核心是**线性化合并规则**，通过递归合并父类的MRO列表生成一个无冲突的继承顺序链。
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对于类 `C(B1, B2, ..., Bn)` ，其 MRO 计算公式为为：`L[C] = C + merge(L[B1],L[B2],..,L[Bn],[B1,B2,...,Bn])`
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其中 `megre` 操作负责合并父类的 MRO 序列。
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### `merge` 合并规则
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`merge` 操作是 C3 算法的核心步骤，具体执行流程如下：
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1. **选取第一个列表的头元素（Head）：** 即列表的第一个元素，记为 `h`。
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2. **检查 `h` 的有效性：**
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- 若 `h` 不在其他列表的尾部（即其他列表除首元素外的部分），则将其加入结果序列，并从所有列表中删除 `h`。
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- 若 `h` 存在于其他列表的尾部，则跳过当前列表，选择下一个列表的头元素重复检查。
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3. **递归执行：** 重复步骤1-2，直到所有列表为空（成功）或无法找到有效头元素（失败并抛出 `TypeError`）
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**示例解析**
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假设类 `D` 继承自 `B` 和 `C`，其父类的 MRO 分别为 `L(B)=[B, A, O]` 和 `L(C)=[C, A, O]`，则 `D` 的 MRO 计算如下：
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`L(D) = D + merge([B,A,O],[C,A,O],[B,C])`
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1. 初始合并列表为 `[[B, A, O], [C, A, O], B, C]`。
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2. 提取 `B`（不在其他列表尾部），结果序列为 `[D, B]`，剩余列表 `[[A, O], [C, A, O], C]`。
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3. 提取 `C`（不在其他列表尾部），结果序列扩展为 `[D, B, C]`，剩余列表 `[[A, O], [A, O]]`。
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4. 合并 `A` 和 `O`，最终得到 `L(D)=[D, B, C, A, O]`
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### 实践案例
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计算 mro(A) 方式：
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step1:
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L(A) = A + merge(L[B] + L[C], [B, C])
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L(B) = B + merge(L[D] + L[E], [D, E])
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L(C) = C + merge(L[E] + L[F], [E, F])
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||||
L(D) = D + merge(L[O]) = [D, O]
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L(E) = E + merge(L[O]) = [E, O]
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||||
L[F] = F + merge(L[O]) = [F, O]
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step2:
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L(B) = B + merge([D, O], [E, O], [D, E])
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||||
= [B, D] + merge([O], [E, O], [E]) # 拿出并删除D
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||||
= [B, D, E] + merge([O], [O]) # 拿出并删除E
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||||
= [B, D, E, O]
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||||
L(C) = C + merge([E, O], [F, O], [E, F])
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...
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= [C, E, F, O]
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step3:
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L(A) = A + merge([B, D, E, O], [C, E, F, O], [B, C])
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= [A, B] + merge([D, E, O], [C, E, F, O], [C]) # h = B 拿出并删除B
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||||
= [A, B, D] + merge([E, O], [C, E, F, O], [C]) # h = D 拿出并删除D
|
||||
= [A, B, D] + merge([E, O], [C, E, F, O], [C]) # h = E 存在于其他列表的尾部则跳过
|
||||
...
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||||
= [A, B, D, C, E, F, O]
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||||
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||||
**代码**
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||||
```python
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||||
class D:
|
||||
pass
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||||
class E:
|
||||
pass
|
||||
class F:
|
||||
pass
|
||||
class B(D,E):
|
||||
pass
|
||||
class C(E,F):
|
||||
pass
|
||||
class A(B,C):
|
||||
pass
|
||||
print(A.__mro__)
|
||||
```
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||||
# 多态
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同一方法在不同对象中呈现不同行为，增强代码灵活性。例如，"动物"类的"发声"方法在"狗"和"猫"对象中分别输出"汪汪"和"喵喵"。
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- 多态可以增加代码的灵活度
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- 以继承和重写父类方法为前提
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- 是调用方法的技巧，不会影响到类的内部设计
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||||
```python
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||||
class human(object):
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||||
def work(self):
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||||
return "喝杯咖啡，开始工作"
|
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||||
class ps_job(human):
|
||||
def work(self):
|
||||
return "开始美工"
|
||||
|
||||
class IT_job(human):
|
||||
def work(self):
|
||||
return "开始敲代码"
|
||||
|
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||||
def job(person): # 多态函数
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||||
print(person.work())
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||||
# 创建不同类型的对象
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ps = ps_job()
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||||
it = IT_job()
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||||
# 调用同一个函数，表现出不同的行为
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||||
job(ps)
|
||||
job(it)
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```
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**案例：哮天犬**
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**需求**
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1. 在 `Dog` 类中封装方法 `game`
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2. 定义 `XiaoTianDog` 继承自 `Dog` ，并且重写 `game` 方法
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3. 定义 `Person` 类，并且封装一个和狗玩的方法
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||||
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||||
**实现**
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||||
```python
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||||
class Dog(object):
|
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|
||||
def __init__(self, name):
|
||||
self.name = name
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||||
def game(self):
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||||
print("%s 蹦蹦跳跳的玩耍..." % self.name)
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||||
class XiaoTianDog(Dog):
|
||||
|
||||
def game(self):
|
||||
print("%s 飞到天上去玩耍..." % self.name)
|
||||
|
||||
|
||||
class Person(object):
|
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||||
def __init__(self, name):
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||||
self.name = name
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||||
def game_with_dog(self, dog):
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||||
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||||
print("%s 和 %s 快乐的玩耍..." % (self.name, dog.name))
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||||
# 让狗玩耍
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dog.game()
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# 1. 创建一个狗对象
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wangcai = Dog("旺财")
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xiaotianquan = XiaoTianDog("飞天旺财")
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||||
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||||
# 2. 创建一个小明对象
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||||
xiaoming = Person("小明")
|
||||
|
||||
# 3. 让小明调用和狗玩的方法
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||||
xiaoming.game_with_dog(wangcai)
|
||||
xiaoming.game_with_dog(xiaotianquan)
|
||||
```
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||||
|
||||
**案例小结**
|
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|
||||
- `Person` 类中只需要让狗对象调用 `game` 方法，而不关心具体是什么狗。
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||||
- `game` 方法是在 `Dog` 父类中定义的。
|
||||
- 在程序执行时，传入不同的狗对象实参，就会产生不同的执行效果。
|
||||
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||||
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||||
# 鸭子类型
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python 中有一句谚语说的好，你看起来像鸭子，那么你就是鸭子。
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||||
这句谚语是关于鸭子类型（Duck Typing）的一种表达方式。鸭子类型是一种动态类型的概念，它强调一个对象的特征和行为，而不是其具体的类型或继承关系。
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||||
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||||
在 Python 中，鸭子类型的概念可以简单地表述为：如果一个对象具有像鸭子一样的特征和行为，那么我们可以认为它是一个鸭子。这意味着我们关注对象是否具备特定的方法和属性，而不关心对象的具体类型。
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这种思想在 Python 中经常被使用，特别是在函数参数传递和对象的使用上。如果一个函数接受一个参数，并假设该参数具有某些特定的方法或属性，那么只要传递的对象满足这些要求，它就可以正常工作，无论对象的具体类型是什么。
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下面是一个简单的示例来说明鸭子类型的概念：
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```python
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class Duck:
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def quack(self):
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print("嘎嘎叫!")
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def fly(self):
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print("扑哧扑哧的飞!")
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class Person:
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def quack(self):
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print("我喜欢跟鸭子一样嘎嘎叫")
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def fly(self):
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print("我也喜欢跟鸭子一样飞")
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def make_it_quack_and_fly(obj):
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obj.quack()
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obj.fly()
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duck = Duck()
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person = Person()
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make_it_quack_and_fly(duck)
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make_it_quack_and_fly(person)
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```
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在上述示例中，我们定义了一个 `Duck` 类和一个 `Person` 类，它们都具有 `quack` 和 `fly` 方法。然后，我们定义了一个函数 `make_it_quack_and_fly`，它接受一个参数 `obj`，并调用 `obj` 的 `quack` 和 `fly` 方法。
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我们可以看到，无论是 `Duck` 对象还是 `Person` 对象，只要它们具有 `quack` 和 `fly` 方法，都可以作为参数传递给 `make_it_quack_and_fly` 函数，并成功执行相应的方法。
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这正是鸭子类型的思想：如果一个对象具有像鸭子一样的特征和行为（即具有 `quack` 和 `fly` 方法），那么我们可以将其视为鸭子，而无需关心对象的具体类型。
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# 类的约束
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写一个支付功能
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```python
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class QQpay:
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def pay(self,money):
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print('使用qq支付%s元' % money)
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class Alipay:
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def pay(self,money):
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print('使用阿里支付%s元' % money)
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a = Alipay()
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a.pay(100)
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b = QQpay()
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b.pay(200)
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```
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统一一下付款方式
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```python
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class QQpay:
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def pay(self,money):
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print('使用qq支付%s元' % money)
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class Alipay:
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def pay(self,money):
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||||
print('使用阿里支付%s元' % money)
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def pay(obj,money):
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obj.pay(money)
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a = Alipay()
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b = QQpay()
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pay(a,100)
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pay(b,200)
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```
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如果后期添加微信支付，但是没有统一标准，换个程序员就可能写成这样。
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```python
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class QQpay:
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def pay(self,money):
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print('使用qq支付%s元' % money)
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class Alipay:
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def pay(self,money):
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print('使用阿里支付%s元' % money)
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class Wechatpay:
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def fuqian(self,money):
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print('使用微信支付%s元' % money)
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def pay(obj,money):
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print("===============")
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obj.pay(money)
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a = Alipay()
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b = QQpay()
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pay(a,100)
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pay(b,200)
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c = Wechatpay()
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c.fuqian(300)
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```
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所以此时我们要用到对类的约束，对类的约束有两种：
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1. 提取父类，然后在父类中定义好⽅法，在这个方法中什么都不⽤⼲，就抛⼀个异常就可以了，这样所有的⼦类都必须重写这个⽅法，否则，访问的时候就会报错。
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2. 使⽤元类来描述方类，在元类中给出⼀个抽象方法，这样子类就不得不给出抽象方法的具体实现，也可以起到约束的效果。(推荐)
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**方法1**
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```python
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class Payment:
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"""
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此类什么都不做，就是制定一个标准，谁继承我，必须定义我里面的方法。
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"""
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def pay(self,money):
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raise Exception("你没有实现pay方法")
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class QQpay(Payment):
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def pay(self,money):
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||||
print('使用qq支付%s元' % money)
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||||
class Alipay(Payment):
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||||
def pay(self,money):
|
||||
print('使用阿里支付%s元' % money)
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||||
class Wechatpay(Payment):
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||||
def fuqian(self,money):
|
||||
print('使用微信支付%s元' % money)
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def pay(obj,money):
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obj.pay(money)
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a = Alipay()
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b = QQpay()
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c = Wechatpay()
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pay(a,100)
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pay(b,200)
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pay(c,300)
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```
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**方法2：引入抽象类的概念处理
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```python
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from abc import ABCMeta,abstractmethod
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class Payment(metaclass=ABCMeta): # 抽象类 接口类 规范和约束 metaclass 指定的是一个元类
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@abstractmethod
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def pay(self):pass # 抽象方法
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class Alipay(Payment):
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def pay(self,money):
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print('使用支付宝支付了%s元'%money)
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class QQpay(Payment):
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def pay(self,money):
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print('使用qq支付了%s元'%money)
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class Wechatpay(Payment):
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# def pay(self,money):
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# print('使用微信支付了%s元'%money)
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def recharge(self):pass
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def pay(a,money):
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a.pay(money)
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a = Alipay()
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a.pay(100)
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pay(a,100) # 归一化设计：不管是哪一个类的对象，都调用同一个函数去完成相似的功能
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q = QQpay()
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q.pay(100)
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||||
pay(q,100)
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||||
w = Wechatpay()
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pay(w,100) # 到用的时候才会报错
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# 抽象类和接口类做的事情 ：建立规范
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# 制定一个类的metaclass是ABCMeta，
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# 那么这个类就变成了一个抽象类(接口类)
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# 这个类的主要功能就是建立一个规范
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```
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# `super()` 深入了解
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super 是严格按照类的继承顺序执行。
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**示例1**
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```python
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class A:
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def f1(self):
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print('in A f1')
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def f2(self):
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print('in A f2')
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class Foo(A):
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||||
def f1(self):
|
||||
super().f2()
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||||
print('in A Foo')
|
||||
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obj = Foo()
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obj.f1()
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```
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**示例2**
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```python
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class A:
|
||||
def f1(self):
|
||||
print('in A')
|
||||
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||||
class Foo(A):
|
||||
def f1(self):
|
||||
super().f1()
|
||||
print('in Foo')
|
||||
|
||||
class Bar(A):
|
||||
def f1(self):
|
||||
print('in Bar')
|
||||
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||||
class Info(Foo,Bar):
|
||||
def f1(self):
|
||||
super().f1()
|
||||
print('in Info f1')
|
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obj = Info()
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obj.f1()
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||||
# super() 是严格按照当前类的继承顺序执行的，不会收到过程中其他类的影响
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print(Info.mro())
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```
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**示例3**
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```python
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class A:
|
||||
def f1(self):
|
||||
print('in A')
|
||||
|
||||
class Foo(A):
|
||||
def f1(self):
|
||||
super().f1()
|
||||
print('in Foo')
|
||||
|
||||
class Bar(A):
|
||||
def f1(self):
|
||||
print('in Bar')
|
||||
|
||||
class Info(Foo,Bar):
|
||||
def f1(self):
|
||||
super(Foo,self).f1() # 这里的意思是绕过Foo，从Foo的位置开始寻找下一个
|
||||
print('in Info f1')
|
||||
|
||||
obj = Info()
|
||||
obj.f1()
|
||||
```
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