继承和多态

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继承和多态——这是Python中一个非常重要的概念。如果你想学习，必须更好地理解它。

继承

面向对象编程的主要优势之一是代码重用。继承是实现此目标的机制之一。继承允许程序员首先创建一个通用或基础类，然后将其扩展到更专业的类。它允许程序员编写更好的代码。

使用继承，您可以使用或继承基础类中可用的所有数据字段和方法。稍后您可以添加自己的方法和数据字段，因此继承提供了一种组织代码的方式，而不是从头开始重写。

在面向对象的术语中，当类X扩展类Y时，Y称为超类/父类/基类，X称为子类/子类/派生类。这里需要注意的一点是，只有非私有的数据字段和方法才能被子类访问。私有数据字段和方法只能在类内部访问。

创建派生类的语法为：

class BaseClass:
   Body of base class
class DerivedClass(BaseClass):
   Body of derived class

继承属性

现在看看下面的例子：

Inheriting Attributes

输出

Inheriting Attributes Output

我们首先创建了一个名为Date的类，并将对象作为参数传递，这里对象是Python提供的内置类。稍后我们创建了另一个名为time的类，并将Date类作为参数调用。通过此调用，我们可以访问Time类中Date类中的所有数据和属性。正因为如此，当我们尝试从之前创建的Time类对象tm获取get_date方法时，这是可能的。

对象.属性查找层次结构

  • 实例
  • 类
  • 任何此类继承的类

继承示例

让我们仔细看看继承示例：

Inheritance Example

让我们创建几个类来参与示例：

  • Animal - 模拟动物的类
  • Cat - Animal的子类
  • Dog - Animal的子类

在Python中，类的构造函数用于创建对象（实例），并为属性赋值。

子类的构造函数始终调用父类的构造函数来初始化父类中属性的值，然后开始为其自己的属性赋值。

Python Constructor

输出

Python Constructor Output

在上面的示例中，我们看到了在父类中放置的命令属性或方法，以便所有子类或子类将继承父类的该属性。

如果子类试图从另一个子类继承方法或数据，则会抛出错误，就像我们在Dog类尝试从Cat类调用swatstring()方法时看到的那样，它会抛出错误（在我们的例子中是AttributeError）。

多态（“多种形态”）

多态是Python中类定义的一个重要特性，当您在类或子类中具有同名方法时会使用它。这允许函数在不同时间使用不同类型的实体。因此，它提供了灵活性和松耦合，以便代码可以随着时间的推移进行扩展和轻松维护。

这允许函数使用任何这些多态类的对象，而无需了解类之间的区别。

多态可以通过继承来实现，子类利用基类方法或覆盖它们。

让我们用之前的继承示例来理解多态的概念，并在两个子类中添加一个名为show_affection的通用方法：

从示例中我们可以看到，它指的是一种设计，其中不同类型的对象可以以相同的方式对待，或者更具体地说，两个或多个类具有相同名称的方法或通用接口，因为相同的方法（下面的示例中的show_affection）被用于任何类型的对象。

Polymorphism

输出

Polymorphism Output

因此，所有动物都表现出感情（show_affection），但它们的方式不同。因此，“show_affection”行为在某种意义上是多态的，因为它根据动物的不同而表现不同。因此，抽象的“动物”概念实际上并不“表现出感情”，但特定的动物（如狗和猫）对“表现出感情”的行为有具体的实现。

Python本身包含多态的类。例如，len()函数可以用于多个对象，并且所有函数都根据输入参数返回正确的输出。

Polymorphic

覆盖

在Python中，当子类包含覆盖超类方法的方法时，您还可以通过调用以下方法来调用超类方法

Super(Subclass, self).method 而不是 self.method。

示例

class Thought(object):
   def __init__(self):
      pass
   def message(self):
      print("Thought, always come and go")

class Advice(Thought):
   def __init__(self):
      super(Advice, self).__init__()
   def message(self):
      print('Warning: Risk is always involved when you are dealing with market!')

继承构造函数

如果我们从之前的继承示例中看到，__init__位于父类中，因为子类dog或cat在其内部没有__init__方法。Python使用继承属性查找在animal类中查找__init__。当我们创建子类时，首先它将在dog类中查找__init__方法，然后它没有找到它，然后在父类Animal中查找并找到它并在那里调用它。因此，随着我们类设计的复杂化，我们可能希望首先通过父类构造函数处理实例，然后通过子类构造函数处理实例。

Constructor

输出

Constructor Output

在上面的示例中，所有动物都有一个名字，所有狗都有一个特定的品种。我们使用super调用了父类构造函数。因此，dog有自己的__init__，但首先发生的事情是我们调用super。Super是内置函数，它旨在将类与其超类或父类关联。

在这种情况下，我们说获取dog的超类并将dog实例传递给我们在这里说的任何方法，即构造函数__init__。换句话说，我们正在使用dog对象调用父类Animal __init__。您可能会问为什么我们不只是用dog实例说Animal __init__，我们可以这样做，但如果animal类的名称将来发生变化。如果我们想重新排列类层次结构，那么dog从另一个类继承。在这种情况下使用super允许我们保持事物模块化并易于更改和维护。

因此，在这个例子中，我们能够将通用__init__功能与更具体的**功能结合起来。这给了我们机会将通用功能与特定功能分开，这可以消除代码重复，并以反映系统整体设计的方式将类相互关联。

结论

  • __init__就像任何其他方法一样；它可以被继承

  • 如果一个类没有__init__构造函数，Python将检查其父类以查看是否可以找到一个。

  • 一旦找到一个，Python就会调用它并停止查找

  • 我们可以使用super()函数调用父类中的方法。

  • 我们可能希望在父类和我们自己的类中进行初始化。

多重继承和查找树

顾名思义，Python中的多重继承是指一个类继承自多个类。

例如，一个孩子继承父母双方的性格特征（母亲和父亲）。

Python多重继承语法

要使一个类继承自多个父类，我们在定义派生类时将这些类的名称写在派生类的括号内。我们用逗号分隔这些名称。

下面是一个例子：

>>> class Mother:
   pass

>>> class Father:
   pass

>>> class Child(Mother, Father):
   pass

>>> issubclass(Child, Mother) and issubclass(Child, Father)
True

多重继承指的是从两个或多个类继承的能力。复杂性在于子类从父类继承，而父类又从祖父母类继承。Python会沿着继承树向上查找被请求从对象读取的属性。它将在实例、类中检查，然后是父类，最后是祖父母类。现在问题出现了，类将以什么顺序被搜索——广度优先还是深度优先。默认情况下，Python使用深度优先。

这就是为什么在下面的图表中，Python首先在类A中搜索dothis()方法。因此，在下面的示例中，方法解析顺序将为

Mro- D→B→A→C

查看下面的多重继承图：

Multiple Inheritance

让我们通过一个例子来理解Python的“mro”特性。

输出

Python mro Feature Output

示例3

让我们再举一个“菱形”多重继承的例子。

Diamond Shape Multiple Inheritance

上面的图表将被认为是模棱两可的。从我们之前理解“方法解析顺序”的例子中。即mro将是D→B→A→C→A，但事实并非如此。在从C获取第二个A时，Python会忽略之前的A。因此，在这种情况下，mro将为D→B→C→A。

让我们根据上面的图表创建一个例子：

Method Resolution Order

输出

Method Resolution Order Output

理解上面输出的简单规则是——如果同一个类出现在方法解析顺序中，则该类的早期出现将从方法解析顺序中删除。

总之：

  • 任何类都可以继承自多个类

  • Python通常在搜索继承类时使用“深度优先”顺序。

  • 但是当两个类继承自同一个类时，Python会从mro中删除该类的第一次出现。

装饰器、静态方法和类方法

函数（或方法）由def语句创建。

尽管方法的工作方式与函数完全相同，但有一点不同，即方法的第一个参数是实例对象。

我们可以根据方法的行为对其进行分类，例如

  • 简单方法 - 在类外部定义。此函数可以通过提供实例参数来访问类属性

def outside_func(():

  • 实例方法 -

def func(self,)

  • 类方法 - 如果我们需要使用类属性

   @classmethod
def cfunc(cls,)

  • 静态方法 - 没有关于类的任何信息

      @staticmethod
def sfoo()

到目前为止，我们已经看到了实例方法，现在是时候深入了解其他两种方法了，

类方法

@classmethod 装饰器是一个内置的函数装饰器，它将调用它的类或调用它的实例的类作为第一个参数传递。该评估的结果会覆盖你的函数定义。

语法

class C(object):
   @classmethod
   def fun(cls, arg1, arg2, ...):
      ....
fun: function that needs to be converted into a class method
returns: a class method for function

它们可以访问这个 cls 参数，但不能修改对象实例的状态。这需要访问 self。

  • 它绑定到类，而不是类的对象。

  • 类方法仍然可以修改适用于类所有实例的类状态。

静态方法

静态方法既不接受 self 参数也不接受 cls（类）参数，但可以自由接受任意数量的其他参数。

语法

class C(object):
   @staticmethod
   def fun(arg1, arg2, ...):
   ...
returns: a static method for function funself.
  • 静态方法既不能修改对象状态也不能修改类状态。
  • 它们在可以访问的数据方面受到限制。

何时使用什么

  • 我们通常使用类方法来创建工厂方法。工厂方法为不同的用例返回类对象（类似于构造函数）。

  • 我们通常使用静态方法来创建实用程序函数。

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