Python类的继承

发表时间:2020-02-18

面向对象语言的一个特性就是类的继承。继承的关系跟人类繁衍的关系相似,被继承的类称为基类(也叫做父类),继承而得的类叫派生类(也叫子类),这种关系就像人类的父子关系。

Python类的继承

类的继承,说明了不同类直接的关系,派生类复用了基类的代码同时也继承了基类的属性和方法。派生类定义的语法如下:

派生类的定义

class DerivedClassName(BaseClassName):
    语句1
    ...
    语句n

下面我们根据这个语法来写一个继承的例子:

class Person:
    def __init__(self, name, age, height):
        self.name = name
        self.age = age
        self.height = height

    def look(self):
        print(self.name, 'is looking')

    def walk(self):
        print(self.name, 'is walking')


class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, age, height):
        super().__init__(name, age, height)

    def teach(self):
        print(self.name, 'is teaching')


class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, height):
        super().__init__(name, age, height)

    def learn(self):
        print(self.name, 'is learning')


if __name__ == '__main__':
    teacher = Teacher('Tom', 31, 178)
    s1 = Student('Jim', 12, 160)
    s2 = Student('Kim', 13, 162)

    teacher.look()
    teacher.walk()
    teacher.teach()
    print('==='*5)

    s1.look()
    s1.walk()
    s1.learn()
    print('==='*5)

    s2.look()
    s2.walk()
    s2.learn()

我们定义了一个基类 Person ,这个人有名字(name)、年龄(age)和身高(height)三个属性,还有 look(), walk() 两个方法。由它派生出两个类: Teacher Student ,这两个派生类继承了 name, age, height 属性,也继承了 look(), walk() 方法。但它们又有自己独有的方法, Teacher 可以 teach() Student 可以 learn()

运行这个示例代码,可以得到下面的信息:

Tom is looking
Tom is walking
Tom is teaching
===============
Jim is looking
Jim is walking
Jim is learning
===============
Kim is looking
Kim is walking
Kim is learning

派生类定义的执行过程与基类相同。 当构造类对象时,基类会被记住。 此信息将被用来解析属性引用:如果请求的属性在类中找不到,搜索将转往基类中进行查找。 如果基类本身也派生自其他某个类,则此规则将被递归地应用。

派生类的实例化会创建该类的一个新实例。方法引用将按以下方式解析:搜索相应的类属性,如果搜索的方法在派生类中找不到,就去基类中进行查找,如果基类本身也派生自其它类,则此规则将被递归地应用。如果搜索到了一个函数对象则方法引用就生效。

比如, Teacher 中并没有定义 look() ,当我们调用方法 teacher.look() 的时候会在它的基类 Person 中找到并调用 look()

重载基类方法

派生类可以重载基类的方法。重载,就是重新定义。如果派生类中重新定义了基类的某方法,那么派生类的重载的这个方法就会覆盖基类中的同名方法。

例如,我们定义 Student 时可以重载 walk() 方法,让它拥有 Student 特征:

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, height):
        super().__init__(name, age, height)

    def learn(self):
        print(self.name, 'is learning')

    def walk(self):
        print('Student:', self.name, 'is walking')

再次运行 s1.walk() 时,就会打印下面的信息:

Student: Jim is walking

Python有两个内置函数可被用于检查继承机制:

  • isinstance() 来检查一个实例的类型: isinstance(obj, int) 仅仅会在 obj.__class__ int 或某个派生自 int 的类时为True。
  • issubclass() 来检查类的继承关系: issubclass(bool, int) True ,因为 bool int 的子类。但是, issubclass(float, int) False ,因为 float 不是 int 的子类。

多重继承

多重继承的意思就是,一个派生类同时派生自多个基类,继承它们全部属性和方法。它的定义形式是:

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    语句1
    ...
    语句1

对于多数应用来说,在最简单的情况下,你可以认为搜索从父类所继承属性的操作是深度优先、从左至右的,当层次结构中存在重叠时不会在同一个类中搜索两次。 因此,如果某一属性在 DerivedClassName 中未找到,则会到 Base1 中搜索它,然后(递归地)到 Base1 的基类中搜索,如果在那里未找到,再到 Base2 中搜索,依此类推。

真实情况比这个更复杂一些;方法解析顺序会动态改变以支持对 super() 的协同调用。 这种方式在某些其他多重继承型语言中被称为后续方法调用,它比单继承型语言中的 super 调用更强大。

比如,我们要定义一个“助教”类,助教是帮助老师教学的高年级同学。他兼具老师和学生的特点,我们可以让这个类多重继承“老师类”和“学生类”。

私有变量

我们上一节讲过,Python中没有类似C++中的“私有变量”。但是,大多数Python代码都遵循这样一个约定(只是约定但很重要):带有一个下划线的名称(例如: _name )应当被动作是API的非仅供部分(无论它是函数、方法或是数据成员)。 这应当被视为一个实现细节,可能不经通知即加以改变。

由于存在对于类私有成员的有效使用场景(例如避免名称与子类所定义的名称相冲突),因此存在对此种机制的有限支持,称为 名称改写 。 任何形式为 __name 的标识符(至少带有两个前缀下划线,至多一个后缀下划线)的文本将被替换为 _classname__name ,其中 classname 为去除了前缀下划线的当前类名称。这种改写不考虑标识符的句法位置,只要它出现在类定义内部就会进行。

名称改写有助于让子类重载方法而不破坏类内方法调用。例如:

class MyList:
    def __init__(self, iterable):
        self.items_list = []
        self.__update(iterable)

    def update(self, iterable):
        for item in iterable:
            self.items_list.append(item)

    __update = update   # 把update()拷贝给私有方法

class MyListSubclass(MyList):

    def update(self, keys, values):
        # 重载 update()
        # 但不会破坏 __init__()
        for item in zip(keys, values):
            self.items_list.append(item)

这个示例中即使正在 MyListSubclass 引入一个 __update 标识符的情况下也不会出错,因为它会在 MyList 类中被替换为 _MyList__update ,而在 MyListSubclass 类中被替换为 _MyListSubclass__update

改写规则的设计主要是为了避免意外冲突;访问或修改被视为私有的变量仍然是可能的。这在特殊情况下甚至会很有用,例如在调试器中。

请注意传递给 exec() 或 eval() 的代码不会将发起调用类的类名视作当前类;这类似于 global 语句的效果,因此这种效果仅限于同时经过字节码编译的代码。 同样的限制也适用于 getattr(), setattr() 和 delattr(),以及对于 dict 的直接引用。

总结

类的继承体现了类的关系,基类的属性和方法可以被派生类继承,同时派生类又可以重载基类的方法。派生类既可以单独继承一个基类,也可以多重继承多个基类。Python的类没有真正意义上的私有变量,通过约定和名称改写来有限支持私有变量。

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