继承和多态

在OOP程序设计中，当我们定义一个class的时候，可以从某个现有的class继承，新的class称为子类（Subclass），而被继承的class称为基类、父类或超类（Base class、Super class）。

比如，我们已经编写了一个名为 Animal 的class，有一个 run() 方法可以直接打印：

class Animal(object):

def run(self):

print('Animal is running…')

当我们需要编写 Dog 和 Cat 类时，就可以直接从 Animal 类继承：

class Dog(Animal):

pass



class Cat(Animal):

pass

对于 Dog 来说， Animal 就是它的父类，对于 Animal 来说， Dog 就是它的子类。 Cat 和 Dog 类似。

继承有什么好处？最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于 Animial 实现了 run() 方法，因此， Dog 和 Cat 作为它的子类，什么事也没干，就自动拥有了 run() 方法：

dog = Dog()

dog.run()



cat = Cat()

cat.run()

运行结果如下：

Animal is running…

Animal is running…

当然，也可以对子类增加一些方法，比如Dog类：

class Dog(Animal):



def run(self):

print('Dog is running…')



def eat(self):

print('Eating meat…')

继承的第二个好处需要我们对代码做一点改进。你看到了，无论是 Dog 还是 Cat ，它们 run() 的时候，显示的都是 Animal is running… ，符合逻辑的做法是分别显示 Dog is running… 和 Cat is running… ，因此，对 Dog 和 Cat 类改进如下：

class Dog(Animal):



def run(self):

print('Dog is running…')



class Cat(Animal):



def run(self):

print('Cat is running…')

再次运行，结果如下：

Dog is running…

Cat is running…

当子类和父类都存在相同的 run() 方法时，我们说，子类的 run() 覆盖了父类的 run() ，在代码运行的时候，总是会调用子类的 run() 。这样，我们就获得了继承的另一个好处：多态。

要理解什么是多态，我们首先要对数据类型再作一点说明。当我们定义一个class的时候，我们实际上就定义了一种数据类型。我们定义的数据类型和Python自带的数据类型，比如str、list、dict没什么两样：

a = list() # a是list类型

b = Animal() # b是Animal类型

c = Dog() # c是Dog类型

判断一个变量是否是某个类型可以用 isinstance() 判断：

>>> isinstance(a, list)

True

>>> isinstance(b, Animal)

True

>>> isinstance(c, Dog)

True

看来 a 、 b 、 c 确实对应着 list 、 Animal 、 Dog 这3种类型。

但是等等，试试：

>>> isinstance(c, Animal)

True

看来 c 不仅仅是 Dog ， c 还是 Animal ！

不过仔细想想，这是有道理的，因为 Dog 是从 Animal 继承下来的，当我们创建了一个 Dog 的实例 c 时，我们认为 c 的数据类型是 Dog 没错，但 c 同时也是 Animal 也没错， Dog 本来就是 Animal 的一种！

所以，在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行：

>>> b = Animal()

>>> isinstance(b, Dog)

False

Dog 可以看成 Animal ，但 Animal 不可以看成 Dog 。

要理解多态的好处，我们还需要再编写一个函数，这个函数接受一个 Animal 类型的变量：

def run_twice(animal):

animal.run()

animal.run()

当我们传入 Animal 的实例时， run_twice() 就打印出：

>>> run_twice(Animal())

Animal is running…

Animal is running…

当我们传入 Dog 的实例时， run_twice() 就打印出：

>>> run_twice(Dog())

Dog is running…

Dog is running…

当我们传入 Cat 的实例时， run_twice() 就打印出：

>>> run_twice(Cat())

Cat is running…

Cat is running…

看上去没啥意思，但是仔细想想，现在，如果我们再定义一个 Tortoise 类型，也从 Animal 派生：

class Tortoise(Animal):

def run(self):

print('Tortoise is running slowly…')

当我们调用 run_twice() 时，传入 Tortoise 的实例：

>>> run_twice(Tortoise())

Tortoise is running slowly…

Tortoise is running slowly…

你会发现，新增一个 Animal 的子类，不必对 run_twice() 做任何修改，实际上，任何依赖 Animal 作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行，原因就在于多态。

多态的好处就是，当我们需要传入 Dog 、 Cat 、 Tortoise ……时，我们只需要接收 Animal 类型就可以了，因为 Dog 、 Cat 、 Tortoise ……都是 Animal 类型，然后，按照 Animal 类型进行操作即可。由于 Animal 类型有 run() 方法，因此，传入的任意类型，只要是 Animal 类或者子类，就会自动调用实际类型的 run() 方法，这就是多态的意思：

对于一个变量，我们只需要知道它是 Animal 类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用 run() 方法，而具体调用的 run() 方法是作用在 Animal 、 Dog 、 Cat 还是 Tortoise 对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力：调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种 Animal 的子类时，只要确保 run() 方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则：

对扩展开放：允许新增 Animal 子类；

对修改封闭：不需要修改依赖 Animal 类型的 run_twice() 等函数。

继承还可以一级一级地继承下来，就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样的关系。而任何类，最终都可以追溯到根类object，这些继承关系看上去就像一颗倒着的树。比如如下的继承树：