1.繼承與多型

在OOP程式設計中，當我們定義一個class的時候，可以從某個現有的class繼承，新的class稱為子類（Subclass），而被繼承的class稱為基類、父類或超類（Base class、Super class）。

比如，我們已經編寫了一個名為Animal的class，有一個run()方法可以直接列印：

class Animal(object):
    def run(self):
        print('Animal is running...')

當我們需要編寫Dog和Cat類時，就可以直接從Animal類繼承：

class Dog(Animal):
    pass

class Cat(Animal):
    pass
 

對於Dog來說，Animal就是它的父類，對於Animal來說，Dog就是它的子類。Cat和Dog類似。

繼承有什麼好處？最大的好處是子類獲得了父類的全部功能。由於Animial實現了run()方法，因此，Dog和Cat作為它的子類，什麼事也沒幹，就自動擁有了run()方法：

dog = Dog()
dog.run()

cat = Cat()
cat.run()

執行結果如下：

Animal is running...
Animal is running...

當然，也可以對子類增加一些方法，比如Dog類：

class Dog(Animal):

    def run(self):
        print('Dog is running...')

    def eat(self):
        print('Eating meat...')
 

繼承的第二個好處需要我們對程式碼做一點改進。你看到了，無論是Dog還是Cat，它們run()的時候，顯示的都是Animal is running...，符合邏輯的做法是分別顯示Dog is running...和Cat is running...，因此，對Dog和Cat類改進如下：

class Dog(Animal):

    def run(self):
        print('Dog is running...')

class Cat(Animal):

    def run(self):
        print('Cat is running...')

再次執行，結果如下：

Dog is running...
Cat is running...

當子類和父類都存在相同的run()方法時，我們說，子類的run()覆蓋了父類的run()，在程式碼執行的時候，總是會呼叫子類的run()。這樣，我們就獲得了繼承的另一個好處：多型。

要理解什麼是多型，我們首先要對資料型別再作一點說明。當我們定義一個class的時候，我們實際上就定義了一種資料型別。我們定義的資料型別和Python自帶的資料型別，比如str、list、dict沒什麼兩樣：

a = list() # a是list型別
b = Animal() # b是Animal型別
c = Dog() # c是Dog型別

判斷一個變數是否是某個型別可以用isinstance()判斷：

>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True

看來a、b、c確實對應著list、Animal、Dog這3種類型。

但是等等，試試：

>>> isinstance(c, Animal)
True

看來c不僅僅是Dog，c還是Animal！

不過仔細想想，這是有道理的，因為Dog是從Animal繼承下來的，當我們建立了一個Dog的例項c時，我們認為c的資料型別是Dog沒錯，但c同時也是Animal也沒錯，Dog本來就是Animal的一種！

所以，在繼承關係中，如果一個例項的資料型別是某個子類，那它的資料型別也可以被看做是父類。但是，反過來就不行：

>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False

Dog可以看成Animal，但Animal不可以看成Dog。

要理解多型的好處，我們還需要再編寫一個函式，這個函式接受一個Animal型別的變數：

def run_twice(animal):
    animal.run()
    animal.run()

當我們傳入Animal的例項時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...

當我們傳入Dog的例項時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...

當我們傳入Cat的例項時，run_twice()就打印出：

>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...

看上去沒啥意思，但是仔細想想，現在，如果我們再定義一個Tortoise型別，也從Animal派生：

class Tortoise(Animal):
    def run(self):
        print('Tortoise is running slowly...')

當我們呼叫run_twice()時，傳入Tortoise的例項：

>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...

你會發現，新增一個Animal的子類，不必對run_twice()做任何修改，實際上，任何依賴Animal作為引數的函式或者方法都可以不加修改地正常執行，原因就在於多型。

多型的好處就是，當我們需要傳入Dog、Cat、Tortoise……時，我們只需要接收Animal型別就可以了，因為Dog、Cat、Tortoise……都是Animal型別，然後，按照Animal型別進行操作即可。由於Animal型別有run()方法，因此，傳入的任意型別，只要是Animal類或者子類，就會自動呼叫實際型別的run()方法，這就是多型的意思：

對於一個變數，我們只需要知道它是Animal型別，無需確切地知道它的子型別，就可以放心地呼叫run()方法，而具體呼叫的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat還是Tortoise物件上，由執行時該物件的確切型別決定，這就是多型真正的威力：呼叫方只管呼叫，不管細節，而當我們新增一種Animal的子類時，只要確保run()方法編寫正確，不用管原來的程式碼是如何呼叫的。這就是著名的“開閉”原則：

對擴充套件開放：允許新增Animal子類；

對修改封閉：不需要修改依賴Animal型別的run_twice()等函式。

繼承還可以一級一級地繼承下來，就好比從爺爺到爸爸、再到兒子這樣的關係。而任何類，最終都可以追溯到根類object，這些繼承關係看上去就像一顆倒著的樹。比如如下的繼承樹：

靜態語言 vs 動態語言

對於靜態語言（例如Java）來說，如果需要傳入Animal型別，則傳入的物件必須是Animal型別或者它的子類，否則，將無法呼叫run()方法。

對於Python這樣的動態語言來說，則不一定需要傳入Animal型別。我們只需要保證傳入的物件有一個run()方法就可以了：

class Timer(object):
    def run(self):
        print('Start...')

這就是動態語言的“鴨子型別”，它並不要求嚴格的繼承體系，一個物件只要“看起來像鴨子，走起路來像鴨子”，那它就可以被看做是鴨子。

Python的“file-like object“就是一種鴨子型別。對真正的檔案物件，它有一個read()方法，返回其內容。但是，許多物件，只要有read()方法，都被視為“file-like object“。許多函式接收的引數就是“file-like object“，你不一定要傳入真正的檔案物件，完全可以傳入任何實現了read()方法的物件。

小結

繼承可以把父類的所有功能都直接拿過來，這樣就不必重零做起，子類只需要新增自己特有的方法，也可以把父類不適合的方法覆蓋重寫。

動態語言的鴨子型別特點決定了繼承不像靜態語言那樣是必須的。