Python从入门到实践：面向对象之继承与派生（三）

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目录

一、继承简介

二、继承与抽象

三、属性查找

四、继承的实现原理

4.1多继承引发的奇异问题

4.2继承原理

4.3Mixins机制

五、派生与方法重用

六、组合

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一、继承简介

继承的目的是解决代码重用，他是一种新建类的方法，在python中，新建类可以单继承和多继承（继承多个父类，java没有多继承），新建类称为子类，被继承的类称为父类。

class ParentClass1: #定义父类
    pass
 
class ParentClass2: #定义父类
    pass
 
class SubClass1(ParentClass1): #单继承
    pass
 
class SubClass2(ParentClass1,ParentClass2): #多继承
    pass

通过类的内置属性__bases__可以查看类继承的所有父类

>>> SubClass2.__bases__
(<class '__main__.ParentClass1'>, <class '__main__.ParentClass2'>)

二、继承与抽象

把不同的对象抽象出相同的部分，得到他们的父类，这就是继承

class People:
    school='清华大学'
 
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
 
class Student(People):
    def choose(self):
        print('%s is choosing a course' %self.name)
 
class Teacher(People):
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)

我们可以看到，学生和老师可以抽象出一个人这个抽象类出来，然后学生和老师就可以继承他，这样做可以整合程序代码，减少冗余。

值得注意的是：老师，和学生类中，我们并没有写初始化函数init，但是，任然是可以初始化的（如果不定义，不自动调用父类的init）

>>> teacher1=Teacher('lili','male',18)
>>> teacher1.school,teacher1.name,teacher1.sex,teacher1.age
('清华大学', 'lili', 'male', 18)

三、属性查找

有了继承关系,对象在查找属性时,先从对象自己的_dict_中找,如果没有则去子类中找,然后再去父类中找.…

>>> class Foo:
...     def f1(self):
...         print('Foo.f1')
...     def f2(self):
...         print('Foo.f2')
...         self.f1()
... 
>>> class Bar(Foo):
...     def f1(self):
...         print('Bar.f1')
... 
>>> b=Bar()
>>> b.f2()
Foo.f2
Bar.f1

 注意，当继承关系复杂的时候，我们需要借助方法解析顺序MRO机制，来查案执行循序。

b.f2()会在父类Foo中找到f2,先打印Foo.f2,然后执行到self.f1(),即b.f1(),仍会按照:对象本身->类Bar->父类Foo的顺序依次找下去,在类Bar中找到f1,因而打印结果为Foo.f1。

这里我们有一个需求：我们需要在f2中直接调用Foo的f1，或者说父类不想让子类覆盖自己的方法怎么操作？

1.最简单的做法就是，在Foo.f2中，修改self.f1()->Foo.f1()

2.第二种方法比较常用，可以采用双下划线开头的方式将方法设置为私有的。

>>> class Foo:
...     def __f1(self): # 变形为_Foo__fa
...         print('Foo.f1') 
...     def f2(self):
...         print('Foo.f2')
...         self.__f1() # 变形为self._Foo__fa,因而只会调用自己所在的类中的方法
... 
>>> class Bar(Foo):
...     def __f1(self): # 变形为_Bar__f1
...         print('Bar.f1')
... 
>>> 
>>> b=Bar()
>>> b.f2() #在父类中找到f2方法，进而调用b._Foo__f1()方法，同样是在父类中找到该方法
Foo.f2
Bar.f1

四、继承的实现原理

4.1多继承引发的奇异问题

class A(object):
    def test(self):
        print('from A')
 
class B(A):
    def test(self):
        print('from B')
 
class C(A):
    def test(self):
        print('from C')
 
class D(B,C):
    pass
 
obj = D()
obj.test() # 结果为：from B

在这种情况下，obj.test()并不知道调用那个类中的test（当然，后面的MRO会知道）。

4.2继承原理

python到底是如何实现继承的呢?对于你定义的每一个类,Python都会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表,该MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表,如下

>>> D.mro() # 新式类内置了mro方法可以查看线性列表的内容，经典类没有该内置该方法
[<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]

python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。

所以obj.test()的查找顺序是,先从对象obj本身的属性里找方法test,没有找到,则参照属性查找的发起者(即obj）所处类D的MRO列表来依次检索,首先在类D中未找到,然后再B中找到方法test

以下几点需要注意：

1.由对象发起的属性查找，会从对象自身的属性里检索，没有则会按照对象的类.mro()规定的顺序依次找下去，
2.由类发起的属性查找，会按照当前类.mro()规定的顺序依次找下去

4.3Mixins机制

一个子类可以同时继承多个父类,这样的设计常被人诉病,一来它有可能导致奇异问题,二来在人的世界观里继承应该是个"is-a"关系。比如轿车类之所以可以继承交通工具类,是因为基于人的世界观,我们可以说:轿车是一个("is-a")交通工具,而在人的世界观里,一个物品不可能是多种不同的东西,因此多重继承在人的世界观里是说不通的，它仅仅只是代码层面的逻辑。不过有没有这种情况,一个类的确是需要继承多个类呢?

比如：民航飞机、直升机、汽车都是交通工具，但是只有前两个有飞行功能，Mixin机制就是为了把“是”（唯一的）和功能区分开来，民航飞机是交通工具，他是唯一的，必能再是其他的东西了，飞行只是他的一个功能（虽然也还是用继承实现）

Python语言可没有接口功能,但Python提供了Mixins机制,简单来说Mixins机制指的是子类混合(mixin)不同类的功能，而这些类采用统一的命名规范(例如Mixin后缀)，以此标识这些类只是用来混合功能的，并不是用来标识子类的从属"is-a"关系的,所以Mixins机制本质仍是多继承,但同样遵守"is-a"关系,如下

class Vehicle:  # 交通工具
    pass
 
class FlyableMixin:
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")
 
class CivilAircraft(FlyableMixin, Vehicle):  # 民航飞机
    pass
 
class Helicopter(FlyableMixin, Vehicle):  # 直升飞机
    pass
 
class Car(Vehicle):  # 汽车
    pass
 
# ps: 采用某种规范（如命名规范）来解决具体的问题是python惯用的套路

 使用Mixin需要注意一下几点：

1.它必须表示某一种功能,而不是某个物品, python对于mixin类的命名方式一般以Mixin, able, ible为后缀

2.它必须责任单一,如果有多个功能,那就写多个Mixin类,一个类可以继承多个Mixin,为了保证遵循继承的"is-a"原则,只能继承一个标识其归属含义的父类

3.它不依赖于子类的实现

4.子类即便没有继承这个Mixin类,也照样可以工作,就是缺少了某个功能。(比如飞机照样可以载客,就是不能飞了)

五、派生与方法重用

子类可以派生出自己新的属性,在进行属性查找时,子类中的属性名会优先于父类被查找,例如每个老师还有职称这一属性,我们就需要在Teacher类中定义该类自己的init覆盖父类的

>>> class People:
...     school='清华大学'
...     
...     def __init__(self,name,sex,age):
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
... 
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title): # 派生
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 
>>> obj=Teacher('lili','female',28,'高级讲师') #只会找自己类中的__init__，并不会自动调用父类的
>>> obj.name,obj.sex,obj.age,obj.title
('lili', 'female', 28, '高级讲师')

很明显子类Teacher中_init_内的前三行又是在写重复代码,若想在子类派生出的方法内重用父类的功能，有两种实现方式：

1.父类名直接调用

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         People.__init__(self,name,age,sex) #调用的是函数,因而需要传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

 2.super（）

调用super()会得到一个特殊的对象,该对象专门用来引用父类的属性,且严格按照MRO规定的顺序向后查找。

注意：

1.在对象中，函数是绑定方法，对象调用时，不需要传入self参数，但是，类调用的是函数，需要传入self。

2.在Python2中super的使用需要完整地写成super(自己的类名,self),而在python3中可以简写为super()。

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         super().__init__(name,age,sex) #调用的是绑定方法，自动传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

这两种方式的区别是:方式一是跟继承没有关系的,而方式二的super()是依赖于继承的,并且即使没有直接继承关系,super()仍然会按照MRO继续往后查找

>>> #A没有继承B
... class A:
...     def test(self):
...         super().test()
... 
>>> class B:
...     def test(self):
...         print('from B')
... 
>>> class C(A,B):
...     pass
... 
>>> C.mro() # 在代码层面A并不是B的子类，但从MRO列表来看，属性查找时，就是按照顺序C->A->B->object，B就相当于A的“父类”
[<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>,<class ‘object'>]
>>> obj=C()
>>> obj.test() # 属性查找的发起者是类C的对象obj，所以中途发生的属性查找都是参照C.mro()
from B

 obj.test()首先找到A下的test方法,执行super().test()会基于MRO列表(以C.mro()为准)当前所处的位置继续往后查找(),然后在B中找到了test方法并执行。关于在子类中重用父类功能的这两种方式,使

六、组合

在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。组合与继承都是用来解决代码的重用性问题。不同的是:继承是一种"是"的关系,比如老师是人、学生是人,当类之间有很多相同的之处,应该使用继承;而组合则是一种"有”的关系,比如老师有生日,老师有多门课程,当类之间有显著不同,并且较小的类是较大的类所需要的组件时,应该使用组合,如下示例

class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))
 
class Date:
    def __init__(self,year,mon,day):
        self.year=year
        self.mon=mon
        self.day=day
    def tell_birth(self):
       print('<%s-%s-%s>' %(self.year,self.mon,self.day))
 
class People:
    school='清华大学'
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
 
#Teacher类基于继承来重用People的代码，基于组合来重用Date类和Course类的代码
class Teacher(People): #老师是人
    def __init__(self,name,sex,age,title,year,mon,day):
        super().__init__(name,age,sex)
        self.birth=Date(year,mon,day) #老师有生日
        self.courses=[] #老师有课程，可以在实例化后，往该列表中添加Course类的对象
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)
 
python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('linux','5mons',5000.0)
teacher1=Teacher('lili','female',28,'博士生导师',1990,3,23)
 
# teacher1有两门课程
teacher1.courses.append(python)
teacher1.courses.append(linux)
 
# 重用Date类的功能
teacher1.birth.tell_birth()
 
# 重用Course类的功能
for obj in teacher1.courses: 
    obj.tell_info()