基类与继承 / Base Class and Inheritance Class
面向对象的特性使得 Python 中不可避免地需要使用到类和类的继承,类的继承可以使得代码很好的被重用。下面以一些代码示例说明类的继承如何使用。
继承一个基类
首先,定义一个基类 Animal,在初始化中设定一个基本属性以及物种信息,并设置其具有 eat 的能力(self.eat 为 True)。此处还重载了魔术方法 __getattr__,当搜索的属性不存在时返回 False(即不具备该能力),最后定义一个 show 函数来显示当前 species 信息。
1 # ------- Basic inheritance -------- 2 class Animal: 3 def __init__(self): 4 self.base = "Creature" 5 self.species = "Animal" 6 self.eat = True 7 8 def __getattr__(self, item): 9 return False 10 11 def show(self): 12 print("This is %s." % self.species)
接着定义一个 Bird 类,继承自 Animal ,在 Bird 的初始化函数中,首先对基类进行初始化,然后设置 species 属性,以及 fly 为True(代表具有 fly 的能力),并对 Bird 定义了 show 函数。同样定义 Fish 类,设置 species 信息以及 swim 为 True,且不定义 show 函数。
1 # Note: Do not mix super and Object.__init__ 2 class Bird(Animal): 3 def __init__(self): 4 Animal.__init__(self) 5 self.species = "Bird" 6 self.fly = True 7 8 def show(self): 9 print("This is %s from %s." % (self.species, self.base)) 10 11 class Fish(Animal): 12 def __init__(self): 13 Animal.__init__(self) 14 self.species = "Fish" 15 self.swim = True
最后,对两个类分别进行实例化,并调用各自的 show 函数,
1 b = Bird() 2 f = Fish() 3 b.show() 4 f.show()
输出的结果如下,
This is Bird from Creature. This is Fish.
从最终的输出结果可以看到,
对于 Bird 类,并没有对 base 属性进行定义,但却拥有 base 属性,即这一属性从基类 Animal 中继承得到,
而对于 Fish 类,并未定义 show 方法,但是却在实例中可以使用 show 方法。同样这一方法也是继承自基类 Animal。
这两个简单的示例中通过继承从而避免了重复的代码和定义。
多继承
前面的例子中使用的基类是唯一的,当需要从多个基类中继承时,则会涉及到多继承问题。下面的代码给出一个多继承问题的示例。
首先导入之前定义的两个类 Bird 和 Fish 作为基类,然后基于这两个类派生出子类 Duck 和 Goose,其中 Goose 中重载了初始化函数,利用 super 初始化 Goose 的基类。此时,我们希望 Duck 和 Goose 能够继承 Bird 和 Fish 的两个特性,fly 和 swim。
Note: 此处为示例代码,切勿混用 super 和 类的初始化函数。
1 from inheritance_base import Bird, Fish 2 # ------- Multi inheritance -------- 3 class Duck(Bird, Fish): pass 4 5 class Goose(Bird, Fish): 6 def __init__(self): 7 super(Goose, self).__init__() 8 9 d = Duck() 10 g = Goose() 11 print("I am %s, I can fly: %s" % (d.species, d.fly)) 12 print("I am %s, I can swim: %s" % (d.species, d.swim)) 13 print("I am %s, I can fly: %s" % (g.species, g.fly)) 14 print("I am %s, I can swim: %s" % (g.species, g.swim))
最终的运行结果如下,
I am Bird, I can fly: True
I am Bird, I can swim: False
I am Bird, I can fly: True
I am Bird, I can swim: False
从运行的结果中看到,最后的输出却不是我们所期望的,无论是 Duck 的实例还是 Goose 的实例都不具备 swim 的属性,也就是说,Fish 的初始化并未被执行。
其原因在于,Duck 中并未定义初始化函数,因此会在父类中搜索,从而调用到 Bird 的初始化函数,所以最终显示 species 属性为 Bird,而 swim 为 False。而在 Goose 中,使用 super 也未能成功继承所有属性,这是由于 super 会依照 MRO 顺序进行搜索,使用搜索到的第一个类的对应方法。
为实现所需要的功能,在这里重新定义一个 Duck 类,重载初始化函数,在初始化函数中分别调用两个基类的初始化函数。
1 class Duck(Bird, Fish): 2 def __init__(self): 3 Bird.__init__(self) 4 Fish.__init__(self) 5 6 d = Duck() 7 print("I am %s, I can fly: %s" % (d.species, d.fly)) 8 print("I am %s, I can swim: %s" % (d.species, d.swim))
最终输出结果可以看到,species 属性被覆盖了最终显示为 Fish,而 Goose 也具备了 fly 和 swim 两个属性。
I am Fish, I can fly: True
I am Fish, I can swim: True
但这种继承依旧会引起一些问题。
菱形 / 钻石继承
前面的多继承使用直接调用父类初始化函数进行,表面上能够满足多继承的需求,但是仍然存在一些问题,下面以一个菱形/钻石继承来说明这一问题是如何存在的。
首先是定义 A、B、C、D 四个类,这四个类大致为菱形继承的形式。
""" A / / / B C \ / \ / \/ D """
然后以 no-super 和 super 两种方式来实现这一继承,
在 no super 中不使用 super,直接使用调用父类初始化函数的方法来完成初始化工作,具体方式如下,
1 # ------- no super ---------- 2 class A(object): 3 def __init__(self): 4 object.__init__(self) 5 print("This is A init.") 6 7 class B(A): 8 def __init__(self): 9 A.__init__(self) 10 print("This is B init.") 11 12 class C(A): 13 def __init__(self): 14 A.__init__(self) 15 print("This is C init.") 16 17 class D(B, C): 18 def __init__(self): 19 B.__init__(self) 20 C.__init__(self) 21 print("This is D init.") 22 23 d = D()
输出结果如下,从输出中可以看出,这种方式存在一个问题,那就是对 B 和 C 的基类 A 进行了多次的初始化。这可能会造成一些不期望的结果。
This is A init. This is B init. This is A init. This is C init. This is D init.
为了避免这种现象,可以使用 super 来完成继承初始化。
1 # ------- super ------------ 2 class A(object): 3 def __init__(self): 4 super(A, self).__init__() 5 print("This is A init.") 6 7 class B(A): 8 def __init__(self): 9 super(B, self).__init__() 10 print("This is B init.") 11 12 class C(A): 13 def __init__(self): 14 super(C, self).__init__() 15 print("This is C init.") 16 17 class D(B, C): 18 def __init__(self): 19 super(D, self).__init__() 20 print("This is D init.") 21 22 d = D()
使用super的初始化结果显示如下,可以看到,此时能够实现对 A 的初始化只进行一次。这是由于 super 中实现了 MRO 的搜索算法。
This is A init. This is C init. This is B init. This is D init.
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2. super
3. MRO 顺序