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Python进阶-类的继承

2016-04-28
Dex

什么是继承

新类不必从头编写

新类从现有的类继承,就自动拥有了现有类的所有功能

新类只需要编写现有类缺少的新功能

继承的好处:

复用已有代码

自动拥有了现有类的所有功能

只需要编写缺少的新功能

父类和子类

例如:

Person是父类,基类,超类

Student是子类,派生类,继承类

继承类会形成继承树。

继承的特点

子类和父类都是is关系

class Student(Person):
	pass
p = Person()
s = Student()

p 是一个Person, s是一个Student, s也是一个Person, 但p不是一个Student

错误的继承

错误的继承

Student类和Book类是has关系

class Student(Book):
	pass

has关系应该使用组合而非继承

Student类和Book类是has关系:

class Student(Person):
	def __init__(self, bookName):
		self.book = Book(bookName)

Book类应该作为Student类的属性出现。

Python的继承

总是从某个类继承

如果没有合适的类,就从object类继承

class MyClass(object):
	pass

不要忘记调用super().init,可以初始化父类

def __init(self, args):
	super(SubClass, self).__init__(args)
	pass

继承一个类

如果已经定义了Person类,需要定义新的Student和Teacher类时,可以直接从Person类继承:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

定义Student类时,只需要把额外的属性加上,例如score:

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score

一定要用 super(Student, self).init(name, gender) 去初始化父类,否则,继承自 Person 的 Student 将没有 name 和 gender。

函数super(Student, self)将返回当前类继承的父类,即 Person ,然后调用__init__()方法,注意self参数已在super()中传入,在__init__()中将隐式传递,不需要写出(也不能写)。

代码:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

class Teacher(Person):

    def __init__(self, name, gender, course):
        super(Teacher, self).__init__(name, gender)
        self.course = course

t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')
print t.name
print t.course

判断类型

函数isinstance()可以判断一个变量的类型,既可以用在Python内置的数据类型如str、list、dict,也可以用在我们自定义的类,它们本质上都是数据类型。

假设有如下的 Person、Student 和 Teacher 的定义及继承关系如下:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, gender, course):
        super(Teacher, self).__init__(name, gender)
        self.course = course

p = Person('Tim', 'Male')
s = Student('Bob', 'Male', 88)
t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')

当我们拿到变量 p、s、t 时,可以使用 isinstance 判断类型:

>>> isinstance(p, Person)
True    # p是Person类型
>>> isinstance(p, Student)
False   # p不是Student类型
>>> isinstance(p, Teacher)
False   # p不是Teacher类型

这说明在继承链上,一个父类的实例不能是子类类型,因为子类比父类多了一些属性和方法。

我们再考察 s :

>>> isinstance(s, Person)
True    # s是Person类型
>>> isinstance(s, Student)
True    # s是Student类型
>>> isinstance(s, Teacher)
False   # s不是Teacher类型

s 是Student类型,不是Teacher类型,这很容易理解。但是,s 也是Person类型,因为Student继承自Person,虽然它比Person多了一些属性和方法,但是,把 s 看成Person的实例也是可以的。

这说明在一条继承链上,一个实例可以看成它本身的类型,也可以看成它父类的类型。

任务:

请根据继承链的类型转换,依次思考 t 是否是 Person,Student,Teacher,object 类型,并使用isinstance()判断来验证您的答案。

代码:

class Person(object):

    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

class Student(Person):

    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score

class Teacher(Person):

    def __init__(self, name, gender, course):
        super(Teacher, self).__init__(name, gender)
        self.course = course

t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')

print isinstance(t, Person)
print isinstance(t, Student)
print isinstance(t, Teacher)
print isinstance(t, object)

输出:

True
False
True
True

多态

类具有继承关系,并且子类类型可以向上转型看做父类类型,如果我们从 Person 派生出 Student和Teacher ,并都写了一个 whoAmI() 方法:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Person, my name is %s' % self.name

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Student, my name is %s' % self.name

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, gender, course):
        super(Teacher, self).__init__(name, gender)
        self.course = course
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Teacher, my name is %s' % self.name

在一个函数中,如果我们接收一个变量 x,则无论该 x 是 Person、Student还是 Teacher,都可以正确打印出结果:

def who_am_i(x):
    print x.whoAmI()

p = Person('Tim', 'Male')
s = Student('Bob', 'Male', 88)
t = Teacher('Alice', 'Female', 'English')

who_am_i(p)
who_am_i(s)
who_am_i(t)

运行结果:

I am a Person, my name is Tim
I am a Student, my name is Bob
I am a Teacher, my name is Alice

这种行为称为多态。也就是说,方法调用将作用在 x 的实际类型上。s 是Student类型,它实际上拥有自己的 whoAmI()方法以及从 Person继承的 whoAmI方法,但调用 s.whoAmI()总是先查找它自身的定义,如果没有定义,则顺着继承链向上查找,直到在某个父类中找到为止。

由于Python是动态语言,所以,传递给函数 who_am_i(x)的参数 x 不一定是 Person 或 Person 的子类型。任何数据类型的实例都可以,只要它有一个whoAmI()的方法即可:

class Book(object):
    def whoAmI(self):
        return 'I am a book'

这是动态语言和静态语言(例如Java)最大的差别之一。动态语言调用实例方法,不检查类型,只要方法存在,参数正确,就可以调用。

任务:

Python提供了open()函数来打开一个磁盘文件,并返回 File 对象。File对象有一个read()方法可以读取文件内容:

例如,从文件读取内容并解析为JSON结果:

import json
f = open('/path/to/file.json', 'r')
print json.load(f)

由于Python的动态特性,json.load()并不一定要从一个File对象读取内容。任何对象,只要有read()方法,就称为File-like Object,都可以传给json.load()。

请尝试编写一个File-like Object,把一个字符串 r’[“Tim”, “Bob”, “Alice”]’包装成 File-like Object 并由 json.load() 解析。

代码:

import json

class Students(object):
    def read(self):
        return r'["Tim", "Bob", "Alice"]'

s = Students()

print json.load(s)

输出:

[u'Tim', u'Bob', u'Alice']

多重继承

除了从一个父类继承外,Python允许从多个父类继承,称为多重继承。

多重继承的继承链就不是一棵树了,它像这样:

class A(object):
    def __init__(self, a):
        print 'init A...'
        self.a = a

class B(A):
    def __init__(self, a):
        super(B, self).__init__(a)
        print 'init B...'

class C(A):
    def __init__(self, a):
        super(C, self).__init__(a)
        print 'init C...'

class D(B, C):
    def __init__(self, a):
        super(D, self).__init__(a)
        print 'init D...'

像这样,D 同时继承自 B 和 C,也就是 D 拥有了 A、B、C 的全部功能。多重继承通过 super()调用__init__()方法时,A 虽然被继承了两次,但__init__()只调用一次:

>>> d = D('d')
init A...
init C...
init B...
init D...

多重继承的目的是从两种继承树中分别选择并继承出子类,以便组合功能使用。

举个例子,Python的网络服务器有TCPServer、UDPServer、UnixStreamServer、UnixDatagramServer,而服务器运行模式有 多进程ForkingMixin 和 多线程ThreadingMixin两种。

要创建多进程模式的 TCPServer:

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixin)
    pass

要创建多线程模式的 UDPServer:

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixin):
    pass

如果没有多重继承,要实现上述所有可能的组合需要 4x2=8 个子类。

任务:

+-Person
  +- Student
  +- Teacher

是一类继承树;

+- SkillMixin
   +- BasketballMixin
   +- FootballMixin

是一类继承树。

通过多重继承,请定义“会打篮球的学生”和“会踢足球的老师”。

代码:

class Person(object):
    pass

class Student(Person):
    pass

class Teacher(Person):
    pass

class SkillMixin(object):
    pass

class BasketballMixin(SkillMixin):
    def skill(self):
        return 'basketball'

class FootballMixin(SkillMixin):
    def skill(self):
        return 'football'

class BStudent(Student, BasketballMixin):
    pass

class FTeacher(Teacher, FootballMixin):
    pass

s = BStudent()
print s.skill()

t = FTeacher()
print t.skill()

输出:

basketball
football

获取对象属性

拿到一个变量,除了用 isinstance() 判断它是否是某种类型的实例外,还有没有别的方法获取到更多的信息呢?

例如,已有定义:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

class Student(Person):
    def __init__(self, name, gender, score):
        super(Student, self).__init__(name, gender)
        self.score = score
    def whoAmI(self):
        return 'I am a Student, my name is %s' % self.name

首先可以用 type() 函数获取变量的类型,它返回一个 Type 对象:

>>> type(123)
<type 'int'>
>>> s = Student('Bob', 'Male', 88)
>>> type(s)
<class '__main__.Student'>

其次,可以用 dir() 函数获取变量的所有属性:

>>> dir(123)   # 整数也有很多属性...
['__abs__', '__add__', '__and__', '__class__', '__cmp__', ...]

>>> dir(s)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'gender', 'name', 'score', 'whoAmI']

对于实例变量,dir()返回所有实例属性,包括__class__这类有特殊意义的属性。注意到方法whoAmI也是 s 的一个属性。

如何去掉__xxx__这类的特殊属性,只保留我们自己定义的属性?回顾一下filter()函数的用法。

dir()返回的属性是字符串列表,如果已知一个属性名称,要获取或者设置对象的属性,就需要用 getattr()setattr()函数了:

>>> getattr(s, 'name')  # 获取name属性
'Bob'

>>> setattr(s, 'name', 'Adam')  # 设置新的name属性

>>> s.name
'Adam'

>>> getattr(s, 'age')  # 获取age属性,但是属性不存在,报错:
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'age'

>>> getattr(s, 'age', 20)  # 获取age属性,如果属性不存在,就返回默认值20:
20

任务:

对于Person类的定义:

class Person(object):
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

希望除了 name和gender 外,可以提供任意额外的关键字参数,并绑定到实例,请修改 Person 的 init()定 义,完成该功能。

代码:

class Person(object):

    def __init__(self, name, gender, **kw):
        self.name = name
        self.gender = gender
        for k, v in kw.iteritems():
            setattr(self, k, v)

p = Person('Bob', 'Male', age=18, course='Python')
print p.age
print p.course

输出:

18
Python

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