【廖雪峰python進階筆記】類的繼承

1. 繼承

如果已經定義了Person類，需要定義新的Student和Teacher類時，可以直接從Person類繼承：

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

定義Student類時，只需要把額外的屬性加上，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)去初始化父類，否則，繼承自 Person 的 Student 將沒有 name 和 gender。

函式super(Student, self)將返回當前類繼承的父類，即 Person ，然後呼叫__init__()方法，注意self引數已在super()中傳入，在__init__()中將隱式傳遞，不需要寫出（也不能寫）。

2. 判斷型別

函式isinstance()可以判斷一個變數的型別，既可以用在Python內建的資料型別如str、list、dict，也可以用在我們自定義的類，它們本質上都是資料型別。

假設有如下的 Person、Student 和 Teacher 的定義及繼承關係如下：

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')

當我們拿到變數 p、s、t 時，可以使用 isinstance 判斷型別：

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

這說明在繼承鏈上，一個父類的例項不能是子類型別，因為子類比父類多了一些屬性和方法。

我們再考察 s ：

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

s 是Student型別，不是Teacher型別，這很容易理解。但是，s 也是Person型別，因為Student繼承自Person，雖然它比Person多了一些屬性和方法，但是，把 s 看成Person的例項也是可以的。

這說明在一條繼承鏈上，一個例項可以看成它本身的型別，也可以看成它父類的型別。

3. 多型

類具有繼承關係，並且子類型別可以向上轉型看做父類型別，如果我們從 Person 派生出 Student和Teacher ，並都寫了一個 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

在一個函式中，如果我們接收一個變數 x，則無論該 x 是 Person、Student還是 Teacher，都可以正確列印出結果：

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)
#執行結果：

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

這種行為稱為多型。也就是說，方法呼叫將作用在 x 的實際型別上。s 是Student型別，它實際上擁有自己的 whoAmI()方法以及從 Person繼承的 whoAmI方法，但呼叫 s.whoAmI()總是先查詢它自身的定義，如果沒有定義，則順著繼承鏈向上查詢，直到在某個父類中找到為止。

由於Python是動態語言，所以，傳遞給函式 who_am_i(x)的引數 x 不一定是 Person 或 Person 的子型別。任何資料型別的例項都可以，只要它有一個whoAmI()的方法即可：

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

這是動態語言和靜態語言（例如Java）最大的差別之一。動態語言呼叫例項方法，不檢查型別，只要方法存在，引數正確，就可以呼叫。

例項
Python提供了open()函式來開啟一個磁碟檔案，並返回 File 物件。File物件有一個read()方法可以讀取檔案內容：

例如，從檔案讀取內容並解析為JSON結果：

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

由於Python的動態特性，json.load()並不一定要從一個File物件讀取內容。任何物件，只要有read()方法，就稱為·File-like Object·，都可以傳給json.load()。

請嘗試編寫一個File-like Object，把一個字串 r’[“Tim”, “Bob”, “Alice”]’包裝成 File-like Object 並由 json.load() 解析。
分析
只要為Students類加上 read()方法，就變成了一個File-like Object。

參考程式碼:

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

s = Students()
print json.load(s)

4. 多重繼承

除了從一個父類繼承外，Python允許從多個父類繼承，稱為多重繼承。

多重繼承的繼承鏈就不是一棵樹了，它像這樣：

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...'

看下圖:

像這樣，D 同時繼承自 B 和 C，也就是 D 擁有了 A、B、C 的全部功能。多重繼承通過 super()呼叫__init__()方法時，A 雖然被繼承了兩次，但__init__()只呼叫一次：

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

多重繼承的目的是從兩種繼承樹中分別選擇並繼承出子類，以便組合功能使用。

舉個例子，Python的網路伺服器有TCPServer、UDPServer、UnixStreamServer、UnixDatagramServer，而伺服器執行模式有 多程式ForkingMixin 和 多執行緒ThreadingMixin兩種。

要建立多程式模式的 TCPServer：

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixin)
    pass

要建立多執行緒模式的 UDPServer：

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixin):
    pass

如果沒有多重繼承，要實現上述所有可能的組合需要 4x2=8 個子類。

5. 獲取物件資訊

拿到一個變數，除了用isinstance() 判斷它是否是某種型別的例項外，還有沒有別的方法獲取到更多的資訊呢？

例如，已有定義：

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() 函式獲取變數的型別，它返回一個 Type 物件：

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

其次，可以用dir() 函式獲取變數的所有屬性：

>>> dir(123)   # 整數也有很多屬性...
['__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']

對於例項變數，dir()返回所有例項屬性，包括__class__這類有特殊意義的屬性。注意到方法whoAmI也是 s 的一個屬性。

如何去掉__xxx__這類的特殊屬性，只保留我們自己定義的屬性？回顧一下filter()函式的用法。

dir()返回的屬性是字串列表，如果已知一個屬性名稱，要獲取或者設定物件的屬性，就需要用getattr() 和 setattr( )函式了：

>>> getattr(s, 'name')  # 獲取name屬性
'Bob'

>>> setattr(s, 'name', 'Adam')  # 設定新的name屬性

>>> s.name
'Adam'

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

>>> getattr(s, 'age', 20)  # 獲取age屬性，如果屬性不存在，就返回預設值20：
20

例項
對於Person類的定義：

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

希望除了 name和gender 外，可以提供任意額外的關鍵字引數，並繫結到例項，請修改 Person 的 init()定 義，完成該功能。

class Person(object):

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

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