【python】python中的多型與duck typing

python與鴨子型別

呼叫不同的子類將會產生不同的行為，而無須明確知道這個子類實際上是什麼，這是多型的重要應用場景。而在python中，因為鴨子型別(duck typing)使得其多型不是那麼酷。
鴨子型別是動態型別的一種風格。在這種風格中，一個物件有效的語義，不是由繼承自特定的類或實現特定的介面，而是由”當前方法和屬性的集合”決定。這個概念的名字來源於由James Whitcomb Riley提出的鴨子測試，“鴨子測試”可以這樣表述：“當看到一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子，那麼這隻鳥就可以被稱為鴨子。”
在鴨子型別中，關注的不是物件的型別本身，而是它是如何使用的。例如，在不使用鴨子型別的語言中，我們可以編寫一個函式，它接受一個型別為”鴨子”的物件，並呼叫它的”走”和”叫”方法。在使用鴨子型別的語言中，這樣的一個函式可以接受一個任意型別的物件，並呼叫它的”走”和”叫”方法。如果這些需要被呼叫的方法不存在，那麼將引發一個執行時錯誤。任何擁有這樣的正確的”走”和”叫”方法的物件都可被函式接受的這種行為引出了以上表述，這種決定型別的方式因此得名。
鴨子型別通常得益於不測試方法和函式中引數的型別，而是依賴文件、清晰的程式碼和測試來確保正確使用。

靜態型別語言和動態型別語言的區別

靜態型別語言在編譯時便已確定變數的型別，而動態型別語言的變數型別要到程式執行的時候，待變數被賦予某個值之後，才會具有某種型別。
靜態型別語言的優點首先是在編譯時就能發現型別不匹配的錯誤，編輯器可以幫助我們提前避免程式在執行期間有可能發生的一些錯誤。其次，如果在程式中明確地規定了資料型別，編譯器還可以針對這些資訊對程式進行一些優化工作，提高程式執行速度。
靜態型別語言的缺點首先是迫使程式設計師依照強契約來編寫程式，為每個變數規定資料型別，歸根結底只是輔助我們編寫可靠性高程式的一種手段，而不是編寫程式的目的，畢竟大部分人編寫程式的目的是為了完成需求交付生產。其次，型別的宣告也會增加更多的程式碼，在程式編寫過程中，這些細節會讓程式設計師的精力從思考業務邏輯上分散開來。
動態型別語言的優點是編寫的程式碼數量更少，看起來也更加簡潔，程式設計師可以把精力更多地放在業務邏輯上面。雖然不區分型別在某些情況下會讓程式變得難以理解，但整體而言，程式碼量越少，越專注於邏輯表達，對閱讀程式是越有幫助的。
動態型別語言的缺點是無法保證變數的型別，從而在程式的執行期有可能發生跟型別相關的錯誤。
動態型別語言對變數型別的寬容給實際編碼帶來了很大的靈活性。由於無需進行型別檢測，我們可以嘗試呼叫任何物件的任意方法，而無需去考慮它原本是否被設計為擁有該方法。

面向介面程式設計

動態型別語言的物件導向設計中，鴨子型別的概念至關重要。利用鴨子型別的思想，我們不必藉助超型別的幫助，就能輕鬆地在動態型別語言中實現一個原則：“面向介面程式設計，而不是面向實現程式設計”。例如，一個物件若有push和pop方法，並且這些方法提供了正確的實現，它就可以被當作棧來使用。一個物件如果有length屬性，也可以依照下標來存取屬性（最好還要擁有slice和splice等方法），這個物件就可以被當作陣列來使用。

在靜態型別語言中，要實現“面向介面程式設計”並不是一件容易的事情，往往要通過抽象類或者介面等將物件進行向上轉型。當物件的真正型別被隱藏在它的超型別身後，這些物件才能在型別檢查系統的“監視”之下互相被替換使用。只有當物件能夠被互相替換使用，才能體現出物件多型性的價值。

python中的多型

python中的鴨子型別允許我們使用任何提供所需方法的物件，而不需要迫使它成為一個子類。
由於python屬於動態語言，當你定義了一個基類和基類中的方法，並編寫幾個繼承該基類的子類時，由於python在定義變數時不指定變數的型別，而是由直譯器根據變數內容推斷變數型別的（也就是說變數的型別取決於所關聯的物件），這就使得python的多型不像是c++或java中那樣，定義一個基類型別變數而隱藏了具體子類的細節。

請看下面的例子和說明：

class AudioFile:
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(self.ext):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

class MP3File(AudioFile):
    ext = "mp3"
    def play(self):
        print("Playing {} as mp3".format(self.filename))

class WavFile(AudioFile):
    ext = "wav"
    def play(self):
        print("Playing {} as wav".format(self.filename))

class OggFile(AudioFile):
    ext = "ogg"
    def play(self):
        print("Playing {} as ogg".format(self.filename))

class FlacFile:
    """
    Though FlacFile class doesn't inherit AudioFile class,
    it also has the same interface as three subclass of AudioFile.

    It is called duck typing.
    """
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(".flac"):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

    def play(self):
        print("Playing {} as flac".format(self.filename))

上面的程式碼中，MP3File、WavFile、OggFile三個型別繼承了AudioFile這一積累，而FlacFile沒有擴充套件AudioFile，但是可以在python中使用完全相同的介面與之互動。
因為任何提供正確介面的物件都可以在python中交替使用，它減少了多型的一般超類的需求。繼承仍然可以用來共享程式碼，但是如果所有被共享的都是公共介面，鴨子型別就是所有所需的。這減少了繼承的需要，同時也減少了多重繼承的需要；通常，當多重繼承似乎是一個有效方案的時候，我們只需要使用鴨子型別去模擬多個超類之一（定義和那個超類一樣的介面和實現）就可以了。

參考檔案

維基百科：鴨子型別

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