多型
問起物件導向的三大特性,幾乎每個人都能對答如流:封裝、繼承、多型。今天我們就要來說一說 Python 中的多型。
所謂多型:就是指一個類例項的相同方法在不同情形有不同表現形式。多型機制使具有不同內部結構的物件可以共享相同的外部介面。這意味著,雖然針對不同物件的具體操作不同,但通過一個公共的類,它們(那些操作)可以通過相同的方式予以呼叫。
我在《Python 中的設計模式詳解之:策略模式》一文中詳細描述了策略模式的實現,而策略模式就是典型的多型應用。
之前的程式碼我就不貼了,大家可以去原文中檢視。我依然還是以商品折扣的經典舉例。策略模式一文中,傳統的策略模式實現方式我也是用 Python 程式碼實現的,在 java 或 C# 等語言中,實現方式也差不多。以下是 C# 程式碼,我只列了個架子:
interface Promotion
{
double discount(Order order);
}
class FidelityPromo : Promotion // 第一個具體策略
{
// 為積分為1000或以上的顧客提供5%折扣
public double discount(Order order)
{
...
}
}
class BulkItemPromo : Promotion // 第二個具體策略
{
//單個商品為20個或以上時提供10%折扣
public double discount(Order order)
{
...
}
}
class LargeOrderPromo : Promotion // 第三個具體策略
{
//訂單中的不同商品達到10個或以上時提供7%折扣
public double discount(Order order)
{
...
}
}
複製程式碼
可以看到,首先要有一個介面(Promotion
),然後各個策略去實現這個介面。然而,Python 語言沒有 interface 關鍵字,就是說,Python 裡沒有像 java、C# 一樣的介面。
在策略模式一文的實現中,使用了抽象基類(Abstract Base Class,ABC)來實現介面,這主要是為了寫法上看起來和 java、C# 等語言更加的像,易於有這些語言基礎的同學理解和對比。
抽象基類是在 Python 語言誕生 15 年後,Python 2.6 才引入的。這裡我們不詳細介紹抽象基類,因為即便現在也很少有程式碼使用抽象基類。對於多型,Python 有更好的實現方式——鴨子型別(duck typing)。
協議和鴨子型別
所謂 鴨子型別 就是:如果一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子,那麼它就是鴨子。這個概念的名字來源於 James Whitcomb Riley 提出的鴨子測試。
初次看到這個描述的小夥伴一定一頭霧水,為了理解鴨子型別,我們不得不提到另一個名詞——協議。
在物件導向程式設計中,協議是非正式的介面,是一組方法,只由文件和約定定義,因此,協議不能像正式介面那樣施加強制性約束。而 Python 的哲學就是儘量支援基本協議。
翻譯成人話,就是:Python 中沒有介面,在需要使用介面的地方,就用協議代替。所謂協議,其實就是一組方法,和介面中定義的方法一個意思。只不過協議是不是強制性的約定,如果你不遵守協議,那麼也沒關係,執行時報錯就是了。
這樣就好理解鴨子型別了,“如果一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子” 這就表示已經遵守了協議,“那麼它就是鴨子”,意味著你可以在其他用到“鴨子”的地方,用“這隻鳥”替換。這不就是多型嗎?
用“鴨子型別”來實現策略模式也很簡單,刪掉抽象基類就可以了。(這就是為什麼抽象基類很少使用的原因,因為刪掉程式碼也一樣正確啊。)有興趣的小夥伴可以自己嘗試一下程式碼。
Python 中的協議舉例
Python 中有很多的協議,比如迭代器協議,任何實現了 __iter__
和 __next__
方法的物件都可稱之為迭代器,但物件本身是什麼型別不受限制,這得益於鴨子型別。
from collections import Iterable
from collections import Iterator
class MyIterator:
def __iter__(self):
pass
def __next__(self):
pass
print(isinstance(MyIterator(), Iterable))
print(isinstance(MyIterator(), Iterator))
複製程式碼
輸出:
True
True
複製程式碼
結語
鴨子型別是程式語言中動態型別語言中的一種設計風格,一個物件的特徵不是由父類決定,而是通過物件的方法決定的。
Python 不是不支援多型,而是 Python 本身就是一門多型的語言。