多态

2024-08-07 19:24:14 浏览数 (1)

前言

多态(Polymorphism)是面向对象编程中的核心概念,本章将详细讲解 Python 中多态的实现方式以及如何应用多态提高代码的可维护性。


本篇文章参考:黑马程序员

一、基本概念

定义:

多态是指同一个行为通过不同的对象获得不同的结果或状态。

类型:

①鸭子类型(Duck Typing)

在 Python 中,我们不关注对象的具体类型,只关注对象是否具有某个方法或属性。如果一个对象能“像鸭子一样叫,像鸭子一样走”,那么即使它不是一个鸭子,Python 也能通过该对象执行操作。

代码语言:python代码运行次数:0复制
class Bird:  
    def fly(self):  
        return "I can fly!"  

class Airplane:  
    def fly(self):  
        return "I am an airplane!"  

class Fish:  
    def swim(self):  
        return "I can swim!"  

def lets_fly(thing):  
    print(thing.fly())  

# 使用鸭子类型  
bird = Bird()  
airplane = Airplane()  

lets_fly(bird)      # 输出: I can fly!  
lets_fly(airplane)  # 输出: I am an airplane!  
# lets_fly(Fish())  # 会出错,因为 Fish 类没有 fly 方法

输出结果:

I can fly!

I am an airplane!

【分析】

lets_fly() 函数期望传入一个具有 fly() 方法的对象。Bird 和 Airplane 类都实现了 fly() 方法,因此它们可以作为参数传递给 lets_fly()。由于Fish 没有 fly() 方法,如果 Fish 被传入,程序运行后会报错。

②方法重写(Method Overriding)

子类可重写父类的方法,以实现不同的功能。当通过父类调用这个方法时,会调用子类的实现。

思考:那我们前两章讲到的继承的复写和多态的方法重写有什么区别呢?

答:在 Python 中,继承中的复写(通常指方法重写)和多态中的方法重写实际上是同一个概念,都是指在子类中重写父类的方法,但其上下文和侧重点有所不同。

在继承关系中,子类重写父类的方法,目的是给该方法提供不同的实现,以满足子类的特定需求。这是一种语言级别的概念,侧重于代码的结构和重用。

而多态中的"方法重写"更广泛地应用于设计模式,它关注的是运行时的行为选择,强调的是基于接口而不是固定实现,允许根据实际使用的对象类型动态地调用相应的方法。

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class Animal:
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("汪汪汪")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵喵")

def make_noise(animal: Animal):
    # 制造噪音,需要传入Animal对象
    animal.speak()

# 使用两个子类对象调用函数
dog = Dog()
cat = Cat()

make_noise(dog)
make_noise(cat)

输出结果:

汪汪汪

喵喵喵

【分析】

父类 Animal 定义了一个方法 speak(),而子类 Dog 和 Cat 重写了该方法,提供各自特定的实现。函数 make_noise() 接受一个 Animal 类型的参数,它可以接受任何 Animal 的子类实例(如 Dog 或 Cat)。这是因为子类是父类的特例,Dog 和 Cat 类是对 Animal 的扩展,因此任何 Dog 或 Cat 的实例都可以被视为 Animal 的实例。

多态常用于继承关系中,允许以父类进行定义和声明,而以子类实现具体功能,从而实现相同的行为但具有不同的状态。

例如,当一个函数的参数声明为父类对象时,实际上可以传入其子类的对象来执行相应的操作,这使得我们能够通过统一的接口来处理不同类型的对象,从而实现灵活的代码设计。

异同点:

特征

鸭子类型

方法重写

定义

一种类型的特性通过行为来判断,而不是类型本身

在子类中重写父类的方法以提供不同的实现

实现方式

只需实现所需的方法

明确使用继承结构,子类根据需要重写父类方法

灵活性

高(适用于任何对象只要实现了必要的方法)

略低(依赖于类的继承关系)

关注点

强调对象行为而非类型

强调屏蔽父类的具体实现,提供自定义实现

使用场景

适合处理不同类型的对象,只要它们实现了同样的方法

适合在继承关系中有明确父子类关系的场景

二、抽象类

抽象类:包含抽象方法的类。

抽象方法:没有具体实现的方法

这种设计的意义在于父类定义了应包含的方法,而具体的实现则由子类负责决定。

例如,空调可以制冷、制热和左右扫风。我们将这三个功能制定为空调制造的标准,不同的厂家必须根据这个标准各自实现功能。抽象类可以看作是这种标准,它包含了一些抽象方法,要求子类必须实现这些方法。

这种设计的作用主要体现在以下几个方面:

  • 顶层设计:抽象类提供了一个设计标准,以便子类进行具体实。
  • 软性约束:抽象类对子类施加了一种约束,要求子类必须重写(实现)父类的一些方法。
  • 配合多态:通过多态的机制,我们可以获得不同的工作状态。
代码语言:python代码运行次数:0复制
# 抽象类
class AC:
    # 制冷
    def cool_wind(self):
        pass

    # 制热
    def hot_wind(self):
        pass

    # 左右摆风
    def swing_l_r(self):
        pass


class Midea_AC(AC):
    def cool_wind(self):
        print("美的空调制冷")

    def hot_wind(self):
        print("美的空调制热")

    def swing_l_r(self):
        print("美的空调左右摆风")

class GREE_AC(AC):
    def cool_wind(self):
        print("格力空调制冷")

    def hot_wind(self):
        print("格力空调制热")

    def swing_l_r(self):
        print("格力空调左右摆风")

def make_cool(ac: AC):
    ac.cool_wind()

midea_ac = Midea_AC()
gree_ac = GREE_AC()

make_cool(midea_ac)
make_cool(gree_ac)

输出结果:

美的空调制冷

格力空调制冷

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