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。
代码语言:python代码运行次数:0复制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。
# 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