继承子父类中的成员变量的内存图解

本文通过一个具体的Java代码示例,展示了子类如何继承父类的属性,并在子类中覆盖和使用父类的方法。深入探讨了this关键字和super关键字的用法,以及它们在调用属性和方法时的区别。

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代码

class Fu
{
	int num = 4;
}
class Zi extends Fu
{
	int num = 5;
	void show()
	{
		System.out.print(this.num+"..."+super.num);
	}
}
class ExtendsDemo2
{
	public static void main(...)
	{
		Zi z = new Zi();
		z.show();
	}
}
内存图解

子类父类内存图解

<think>我们正在讨论Python中类继承的内部机制。根据用户提供的引用和之前的问题,我们需要详细解释子类继承父类时内部是如何工作的,包括方法解析顺序(MRO)、super()函数的作用、构造函数的执行顺序等。 根据引用内容,我们可以总结以下几点: 1. 子类继承父类时,如果子类没有重写__init__方法,则实例化子类时会自动调用父类的__init__方法(引用[3])。 2. 如果子类重写了__init__方法,那么子类实例化时不会自动调用父类的__init__方法,除非显式使用super()或者父类名来调用(引用[2][3])。 3. super()函数有两种写法:一种是super(子类名, self).__init__(参数),另一种是简写super().__init__(参数)(引用[2])。 4. 在多重继承中,方法解析顺序(MRO)按照从左到右的顺序搜索父类(引用[4]),并且Python使用C3线性化算法来解决钻石继承问题(引用[4]中的示例展示了多重继承的调用顺序)。 5. 私有属性(双下划线开头)在子类中不能直接访问,因为Python对其进行了名称改写(name mangling)(引用[1]中提到私有方法被改名为_Animal__heshui(),但引用中没有直接给出私有属性的例,我们可以补充)。 现在,我们将详细解释子类继承父类时的内部运行机制: ### 1. 类定义阶段 当定义一个类时,Python会创建一个类对象,并记录其基类(父类)。类对象中存储了类属性和方法。继承关系通过类的`__bases__`属性来体现。 ### 2. 方法解析顺序(MRO) 当子类继承父类(可能多个父类)时,Python通过C3线性化算法计算出一个方法解析顺序(MRO),这个顺序决定了在查找方法时的顺序。我们可以通过`类名.mro()`查看。 例如,在引用[4]中,类`sample`同时继承`speaker`和`student`,而`student`又继承`people`。那么`sample`的MRO顺序为: ```python sample.mro() # 输出: [sample, speaker, student, people, object] ``` 注意:在多重继承中,当子类调用一个方法时,会按照MRO列表从左到右查找。 ### 3. 实例化过程 当创建子类实例时,主要步骤如下: 1. 首先,Python会为新实例分配内存,并创建一个空的实例对象。 2. 然后,调用子类的`__init__`方法(如果子类没有定义`__init__`,则按照MRO顺序查找第一个父类的`__init__`)。 3. 在子类的`__init__`方法中,如果调用了`super().__init__()`,则按照MRO顺序调用下一个类的`__init__`方法(注意:不一定是直接父类,而是MRO顺序中的下一个类)。 例如,在引用[2]中: ```python class Son(Father): def __init__(self, name): super(Son, self).__init__(name) # 调用父类Father的__init__ print("hi") self.name = name ``` 这里,`super(Son, self)`会返回一个代理对象,它按照MRO顺序(此时MRO为[Son, Father, object])查找下一个类,即Father。因此,执行`Father.__init__`。 ### 4. 使用父类名直接调用 除了使用super(),还可以直接使用父类名调用父类的方法,如引用[2]和引用[4]中所示: ```python class student(people): def __init__(self, n, a, w, g): people.__init__(self, n, a, w) # 直接调用父类people的__init__ self.grade = g ``` 这种方式不会按照MRO顺序,而是直接调用指定父类的方法。在多重继承中,如果多个父类都需要初始化,那么需要显式调用每个父类的初始化方法(如引用[4]中的sample类)。 ### 5. 私有成员的继承父类中,以双下划线开头的属性或方法会被名称改写(name mangling),形式为`_类名__属性名`。子类无法直接访问父类的私有成员,因为改写后的名称包含了父类的类名。例如: ```python class Parent: def __init__(self): self.__private = 10 # 实际被改写为_Parent__private class Child(Parent): def get_private(self): # 下面这样访问是错误的,因为子类中没有_Child__private,而是_Parent__private # return self.__private # 会报错 return self._Parent__private # 可以这样访问,但不推荐 c = Child() print(c.get_private()) # 输出10 ``` 虽然可以这样访问,但破坏了封装性,不推荐。 ### 6. 多重继承的初始化 在多重继承中,使用super()时需要注意,它会按照MRO顺序依次调用各个父类的初始化方法。而直接使用父类名调用则不会自动处理这种顺序,可能导致某些父类被多次初始化或遗漏。 例如引用[4]中的多重继承示例: ```python class sample(speaker, student): def __init__(self, n, a, w, g, t): student.__init__(self, n, a, w, g) speaker.__init__(self, n, t) ``` 这里,我们显式调用了两个父类的初始化方法。注意,由于student和speaker没有共同的父类(除了object),所以这样调用是安全的。但如果存在钻石继承(即有一个共同的祖先类),则可能造成祖先类被多次初始化。使用super()可以避免这种情况。 ### 7. 方法重写 子类可以重写父类的方法。当子类实例调用方法时,首先在子类中查找,如果找不到则按照MRO顺序在父类中查找。例如引用[4]中,student类重写了speak方法,而sample类同时继承student和speaker,且两者都有speak方法。由于在sample的MRO中speaker排在student前面,所以调用的是speaker的speak方法。 ### 总结 - 子类继承父类时,子类实例化会先调用子类的`__init__`,如果子类没有则按MRO顺序查找父类的`__init__`。 - 使用super()可以按照MRO顺序调用父类的方法,避免在多重继承中重复调用。 - 私有成员在子类中不能直接访问,因为名称改写。 - 方法重写后,子类实例调用方法时优先使用子类的方法。 下面用一个简单的例来展示整个流程: ```python class A: def __init__(self): print("A的初始化") self.a = 1 class B(A): def __init__(self): print("B的初始化") super().__init__() # 调用A的初始化 self.b = 2 class C(A): def __init__(self): print("C的初始化") super().__init__() # 调用A的初始化 self.c = 3 class D(B, C): def __init__(self): print("D的初始化") super().__init__() # 按照MRO顺序调用B和C的初始化 self.d = 4 d = D() print(D.mro()) # 输出: [D, B, C, A, object] ``` 执行d=D()时,输出顺序为: ``` D的初始化 B的初始化 C的初始化 A的初始化 ``` 因为MRO顺序是D->B->C->A,所以在D的初始化中调用super()会调用B的初始化,B的初始化中调用super()会调用C的初始化,C的初始化中调用super()会调用A的初始化。 §§相关问题§§ 1. Python 的 MRO 算法在多继承中如何解决钻石继承问题? 2. 如何在子类中强制调用特定父类的方法(而非按 MRO 顺序)? 3. Python 的 `@classmethod` 和 `@staticmethod` 在继承中如何工作? 4. 元类(metaclass)如何影响类的继承机制?</think>### Python 子类继承父类的内部运行机制 在 Python 中,子类继承父类时遵循特定的执行流程和内存管理机制。以下是详细的执行原理(结合引用内容): #### 1. **类定义阶段(内存分配)** - 定义类时 Python 创建独立的类对象存储类属性和方法 - 继承关系通过 `__bases__` 属性建立 - **关键原则**:类属性和方法存储在类对象中,实例化时才创建实例空间 ```python class Parent: class_var = "父类变量" # 存储在父类对象内存空间 ``` #### 2. **实例化过程(核心流程)** 当创建子类实例 `child = Child()` 时: 1. **分配实例内存** - 创建空实例对象 `self` - 初始化实例的 `__class__` 指针指向子类 2. **执行初始化方法** - 优先查找子类 `__init__`(引用[3]) - 若子类未定义 `__init__`,则调用父类 `__init__`(引用[5]) - 若子类定义了 `__init__`: ```python class Child(Parent): def __init__(self, params): # 必须显式调用父类初始化(引用[2][3]) super().__init__(params) # 或 Parent.__init__(self, params) # 子类初始化代码 ``` #### 3. **`super()` 的工作机制** - 按 MRO(方法解析顺序)查找父类(引用[4]) - Python 3 简写 `super()` 等价于 `super(当前类, self)` - **执行顺序**: ```python class Son(Father): def __init__(self, name): super().__init__(name) # 先执行父类初始化 print("hi") # 再执行子类代码 self.name = name # (引用[2][3]) ``` #### 4. **属性继承规则** - **公有属性**:自动继承 ```python class Dog(Animal): def bark(self): print("汪汪汪") xiao_huang = Dog(20, 9) xiao_huang.sleep() # 继承父类方法(引用[1][5]) ``` - **私有属性**(双下划线开头): - 名称改写为 `_类名__属性名` - 子类无法直接访问(引用[1]) ```python class Parent: __weight = 0 # 实际名称_Parent__weight(引用[4]) ``` #### 5. **多重继承处理** - MRO 顺序决定方法查找优先级(引用[4]) - 钻石继承问题通过 C3 线性化算法解决 - **初始化顺序**: ```python class sample(speaker, student): # 从左到右优先级 def __init__(self, n, a, w, g, t): student.__init__(self, n, a, w, g) # 显式调用特定父类 speaker.__init__(self, n, t) # (引用[4]) ``` #### 6. **方法重写机制** - 子类定义同名方法时覆盖父类实现 - 可通过 `super()` 调用父类原始实现: ```python class student(people): def speak(self): # 重写父类方法 print(f"{self.name}说: 我{self.age}岁") super().speak() # 调用父类实现(引用[4]) ``` ### 内存结构图解 ``` +----------------+ +----------------+ | Child类 | ---> | Parent类 | | - 类属性 | | - 类属性 | | - __init__() | | - __init__() | | - child_method | +----------------+ +----------------+ ^ | +----------------+ | Child实例 | | - 父类属性 | # 通过super()初始化 | - 子类属性 | # 子类__init__添加 +----------------+ ``` ### 关键总结 1. 子类实例化时优先查找子类 `__init__` 2. 必须显式调用 `super().__init__()` 继承父类属性 3. 方法调用按 MRO 顺序查找 4. 私有属性通过名称改写实现隔离 5. 多重继承按从左到右顺序初始化
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