用實(shí)例解釋Python中的繼承和多態(tài)的概念

在OOP程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)我們定義一個(gè)class的時(shí)候，可以從某個(gè)現(xiàn)有的class繼承，新的class稱(chēng)為子類(lèi)（Subclass），而被繼承的class稱(chēng)為基類(lèi)、父類(lèi)或超類(lèi)（Base class、Super class）。
比如，我們已經(jīng)編寫(xiě)了一個(gè)名為Animal的class，有一個(gè)run()方法可以直接打印：    
class Animal(object):
  def run(self):
    print 'Animal is running...'

當(dāng)我們需要編寫(xiě)Dog和Cat類(lèi)時(shí)，就可以直接從Animal類(lèi)繼承：    
class Dog(Animal):
  pass
 
class Cat(Animal):
  pass

對(duì)于Dog來(lái)說(shuō)，Animal就是它的父類(lèi)，對(duì)于Animal來(lái)說(shuō)，Dog就是它的子類(lèi)。Cat和Dog類(lèi)似。

繼承有什么好處？最大的好處是子類(lèi)獲得了父類(lèi)的全部功能。由于Animial實(shí)現(xiàn)了run()方法，因此，Dog和Cat作為它的子類(lèi)，什么事也沒(méi)干，就自動(dòng)擁有了run()方法：    
dog = Dog()
dog.run()
 
cat = Cat()
cat.run()

運(yùn)行結(jié)果如下：    
Animal is running...
Animal is running...

當(dāng)然，也可以對(duì)子類(lèi)增加一些方法，比如Dog類(lèi)：    
class Dog(Animal):
  def run(self):
    print 'Dog is running...'
  def eat(self):
    print 'Eating meat...'

繼承的第二個(gè)好處需要我們對(duì)代碼做一點(diǎn)改進(jìn)。你看到了，無(wú)論是Dog還是Cat，它們r(jià)un()的時(shí)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(duì)Dog和Cat類(lèi)改進(jìn)如下：    
class Dog(Animal):
  def run(self):
    print 'Dog is running...'
 
class Cat(Animal):
  def run(self):
    print 'Cat is running...'

再次運(yùn)行，結(jié)果如下：    
Dog is running...
Cat is running...

當(dāng)子類(lèi)和父類(lèi)都存在相同的run()方法時(shí)，我們說(shuō)，子類(lèi)的run()覆蓋了父類(lèi)的run()，在代碼運(yùn)行的時(shí)候，總是會(huì)調(diào)用子類(lèi)的run()。這樣，我們就獲得了繼承的另一個(gè)好處：多態(tài)。

要理解什么是多態(tài)，我們首先要對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型再作一點(diǎn)說(shuō)明。當(dāng)我們定義一個(gè)class的時(shí)候，我們實(shí)際上就定義了一種數(shù)據(jù)類(lèi)型。我們定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型和Python自帶的數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如str、list、dict沒(méi)什么兩樣：    
a = list() # a是list類(lèi)型
b = Animal() # b是Animal類(lèi)型
c = Dog() # c是Dog類(lèi)型

判斷一個(gè)變量是否是某個(gè)類(lèi)型可以用isinstance()判斷：    
>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True

看來(lái)a、b、c確實(shí)對(duì)應(yīng)著list、Animal、Dog這3種類(lèi)型。

但是等等，試試：    
>>> isinstance(c, Animal)
True

看來(lái)c不僅僅是Dog，c還是Animal！

不過(guò)仔細(xì)想想，這是有道理的，因?yàn)镈og是從Animal繼承下來(lái)的，當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)Dog的實(shí)例c時(shí)，我們認(rèn)為c的數(shù)據(jù)類(lèi)型是Dog沒(méi)錯(cuò)，但c同時(shí)也是Animal也沒(méi)錯(cuò)，Dog本來(lái)就是Animal的一種！

所以，在繼承關(guān)系中，如果一個(gè)實(shí)例的數(shù)據(jù)類(lèi)型是某個(gè)子類(lèi)，那它的數(shù)據(jù)類(lèi)型也可以被看做是父類(lèi)。但是，反過(guò)來(lái)就不行：    
>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False

Dog可以看成Animal，但Animal不可以看成Dog。

要理解多態(tài)的好處，我們還需要再編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)Animal類(lèi)型的變量：    
def run_twice(animal):
  animal.run()
  animal.run()

當(dāng)我們傳入Animal的實(shí)例時(shí)，run_twice()就打印出：    
>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...

當(dāng)我們傳入Dog的實(shí)例時(shí)，run_twice()就打印出：    
>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...

當(dāng)我們傳入Cat的實(shí)例時(shí)，run_twice()就打印出：    
>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...

看上去沒(méi)啥意思，但是仔細(xì)想想，現(xiàn)在，如果我們?cè)俣x一個(gè)Tortoise類(lèi)型，也從Animal派生：    
class Tortoise(Animal):
  def run(self):
    print 'Tortoise is running slowly...'

當(dāng)我們調(diào)用run_twice()時(shí)，傳入Tortoise的實(shí)例：
    
>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...
你會(huì)發(fā)現(xiàn)，新增一個(gè)Animal的子類(lèi)，不必對(duì)run_twice()做任何修改，實(shí)際上，任何依賴(lài)Animal作為參數(shù)的函數(shù)或者方法都可以不加修改地正常運(yùn)行，原因就在于多態(tài)。
多態(tài)的好處就是，當(dāng)我們需要傳入Dog、Cat、Tortoise……時(shí)，我們只需要接收Animal類(lèi)型就可以了，因?yàn)镈og、Cat、Tortoise……都是Animal類(lèi)型，然后，按照Animal類(lèi)型進(jìn)行操作即可。由于Animal類(lèi)型有run()方法，因此，傳入的任意類(lèi)型，只要是Animal類(lèi)或者子類(lèi)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用實(shí)際類(lèi)型的run()方法，這就是多態(tài)的意思：
對(duì)于一個(gè)變量，我們只需要知道它是Animal類(lèi)型，無(wú)需確切地知道它的子類(lèi)型，就可以放心地調(diào)用run()方法，而具體調(diào)用的run()方法是作用在Animal、Dog、Cat還是Tortoise對(duì)象上，由運(yùn)行時(shí)該對(duì)象的確切類(lèi)型決定，這就是多態(tài)真正的威力：調(diào)用方只管調(diào)用，不管細(xì)節(jié)，而當(dāng)我們新增一種Animal的子類(lèi)時(shí)，只要確保run()方法編寫(xiě)正確，不用管原來(lái)的代碼是如何調(diào)用的。這就是著名的“開(kāi)閉”原則：
對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放：允許新增Animal子類(lèi)；
對(duì)修改封閉：不需要修改依賴(lài)Animal類(lèi)型的run_twice()等函數(shù)。

繼承還可以一級(jí)一級(jí)地繼承下來(lái)，就好比從爺爺?shù)桨职?、再到兒子這樣的關(guān)系。而任何類(lèi)，最終都可以追溯到根類(lèi)object，這些繼承關(guān)系看上去就像一顆倒著的樹(shù)。比如如下的繼承樹(shù)：

小結(jié)

繼承可以把父類(lèi)的所有功能都直接拿過(guò)來(lái)，這樣就不必重零做起，子類(lèi)只需要新增自己特有的方法，也可以把父類(lèi)不適合的方法覆蓋重寫(xiě)；

有了繼承，才能有多態(tài)。在調(diào)用類(lèi)實(shí)例方法的時(shí)候，盡量把變量視作父類(lèi)類(lèi)型，這樣，所有子類(lèi)類(lèi)型都可以正常被接收；

舊的方式定義Python類(lèi)允許不從object類(lèi)繼承，但這種編程方式已經(jīng)嚴(yán)重不推薦使用。任何時(shí)候，如果沒(méi)有合適的類(lèi)可以繼承，就繼承自object類(lèi)。