Python 多态（Polymorphism）详解

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Python 多态（Polymorphism）详解 🐍✨

1. 什么是多态？🔄

多态（Polymorphism） 是面向对象编程（OOP）中的一个重要概念，指的是相同的接口，不同的实现。换句话说，多态允许不同的类以相同的方式调用方法，而不需要知道具体的类是哪一个。

在 Python 中，多态体现在：

1. 方法重写（Method Overriding）：子类重写父类的方法，使得相同的方法名称在不同类中表现不同的行为。
2. 方法多态（Duck Typing）：Python 语言的动态特性，使得对象只要实现了相应的方法，就可以被当作相应的类型使用。

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2. 方法重写实现多态 🎭

方法重写 是多态的常见表现形式。当子类继承了父类，但对某些方法进行了重写（override），不同的子类可以有不同的实现。

示例：

class Animal:
    def speak(self):
        return "Some sound"

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

# 多态表现
animals = [Dog(), Cat(), Animal()]
for animal in animals:
    print(animal.speak())  

输出：

Woof!
Meow!
Some sound

在 speak() 方法的调用中，Python 并不关心 animal 变量具体属于哪个类，而是调用了其对应的 speak() 方法。这就是多态的核心——相同的方法，不同的实现。

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3. Duck Typing（鸭子类型） 🦆

Python 是动态类型语言，不要求对象必须属于某个特定的类，而是只关心对象是否实现了某个方法或行为。这种思想被称为 Duck Typing（鸭子类型），即：

“如果它像鸭子一样走路，并且像鸭子一样叫，那么它就是一只鸭子。”

示例：

class Duck:
    def quack(self):
        return "Quack!"

class Person:
    def quack(self):
        return "I'm imitating a duck!"

def make_it_quack(entity):
    return entity.quack()  # 不关心 entity 类型，只要它有 quack() 方法即可

duck = Duck()
human = Person()

print(make_it_quack(duck))   # Quack!
print(make_it_quack(human))  # I'm imitating a duck!

这里 make_it_quack() 函数并不关心传入的对象是 Duck 还是 Person，只要它有 quack() 方法，就能被当作“鸭子”使用。这是 Python 多态的典型表现之一。

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4. 继承与多态的结合 🏛️

Python 的多态通常结合继承（Inheritance） 使用，子类可以继承父类的方法，也可以**重写（Override）**方法来实现不同的行为。

示例：

class Shape:
    def area(self):
        raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius * self.radius

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

# 多态：相同的接口（area()），不同的实现
shapes = [Circle(5), Rectangle(4, 6)]
for shape in shapes:
    print(shape.area())

输出：

78.5
24

这里 Circle 和 Rectangle 都继承自 Shape，但分别实现了 area() 方法。这样就可以用相同的方式调用 area()，而 Python 会自动调用对应的版本。

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5. 多态在实际开发中的应用 💡

多态的优势在于可以编写更加通用、可扩展的代码。举几个应用场景：

5.1 统一接口处理不同对象

def process_payment(payment_method):
    return payment_method.pay()

class CreditCard:
    def pay(self):
        return "Paid using Credit Card"

class PayPal:
    def pay(self):
        return "Paid using PayPal"

payments = [CreditCard(), PayPal()]
for payment in payments:
    print(process_payment(payment))

输出：

Paid using Credit Card
Paid using PayPal

不管是 CreditCard 还是 PayPal，只要实现 pay() 方法，process_payment() 就可以处理它。

5.2 GUI 组件的多态

假设我们在做一个 GUI 程序，不同的组件（按钮、文本框）都需要 draw() 方法，但它们的具体实现不同：

class Button:
    def draw(self):
        return "Drawing a Button"

class TextBox:
    def draw(self):
        return "Drawing a TextBox"

# 多态：统一调用 draw 方法
components = [Button(), TextBox()]
for component in components:
    print(component.draw())

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6. 使用 ABC 抽象基类实现多态 🏗️

在 Python 3 之后，我们可以使用 abc 模块提供的 抽象基类（Abstract Base Class, ABC） 来强制子类实现特定的方法，否则会报错。

示例：

from abc import ABC, abstractmethod

class Animal(ABC):  # 继承 ABC 变成抽象类
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

# animal = Animal()  # 不能实例化抽象类，会报错！
dog = Dog()
cat = Cat()

print(dog.speak())  # Woof!
print(cat.speak())  # Meow!

特点：

• Animal 作为抽象基类，定义了 speak() 方法，但不提供具体实现。
• Dog 和 Cat 继承 Animal，必须实现 speak() 方法，否则会报错。
• 抽象基类可以保证子类遵循特定的接口，增强代码的规范性。

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7. 总结 🎯

多态形式	说明	示例
方法重写（Override）	子类重写父类的方法，实现不同的行为	speak() 方法在不同的 Animal 子类中返回不同的值
Duck Typing（鸭子类型）	不检查对象的类型，只要它实现了相应的方法即可	make_it_quack() 适用于 Duck 和 Person
继承与多态结合	通过继承定义通用接口，不同子类实现不同功能	Shape 作为父类，Circle 和 Rectangle 具体实现 area()
抽象基类（ABC）	强制子类实现某些方法，保证接口一致性	ABC 模块的 @abstractmethod

Python 的多态让代码更加灵活、可扩展，避免了写大量 if-else 判断不同类型的情况。合理利用多态，可以让你的代码更加清晰、简洁和可维护！🚀