Python學習之路8.2-對Python類的補充

VPointer發表於2019-02-16
Python

《Python程式設計：從入門到實踐》筆記。
本章主要是對上一章Python類的補充。

1. 從一個類派生出所有類

上一篇文章說道Python類的定義與繼承一般是如下形式：

class A:   # 或者寫成class A():
    pass

class B(A):
    pass

其實，對於類A，它並不是算是一個真正意義上的基類，而是和Java類似，Python中所有的類最終都繼承自object類（首字母小寫，比較特殊），所以對於A的定義可以寫成如下形式：

class A(object):
    pass

只是通常把object給省略了。

2. 訪問限制

從上一篇中我們知道，類的屬性可以被直接訪問，如果需要對訪問做一些限制，我們可以通過定義相應的方法。在Python中，對於一般的屬性，用C++或Java的話來說，它們都是公有屬性，外部可以直接訪問，比如像下面的這個name屬性：

class A:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

但如果我們在這個屬性前面加兩個下劃線，將其變成如下形式：

class A:
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

那麼name就變成了一個私有屬性，它只能在物件的內部被訪問，如果想以如下形式訪問則會報錯：

# 程式碼：
class A:
    -- snip --
    
a = A("test")
print(a.__name)

# 結果：
AttributeError: `A` object has no attribute `__name`

那是不是真的就訪問不到這個屬性了呢？說不清是有幸還是不幸，Python沒有所謂的真正的私有屬性，Python中類的所有屬性都能被訪問。Python直譯器只是將__name換了個名稱，變成了:

self._A__name

即在前面加了一個單下劃線和類名。

# 程式碼：
class A:
    -- snip --
    
a = A("test")
print(a._A__name)

# 結果：
test

強烈不建議這樣訪問屬性！而且，不同版本的Python直譯器會將這樣的屬性改成不同的名字。

3. 使用裝飾器（decorator）

在上一點中說到了通過方法來訪問類的屬性，這種方式一般叫做get/set方法，最後在呼叫時呼叫的是類的方法，現在我們使用Python內建的@property裝飾器來訪問類的屬性，最後在呼叫時是呼叫的屬性，實際上它是將類的方法通過裝飾器變為屬性。以下是通過裝飾器和通過get/set方法來訪問屬性的程式碼比較：

class Teacher:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def get_name(self):
        return self.name

    def set_name(self, name):
        # 可以加上一些限制
        self.name = name

class Student:
    def __init__(self, name):
        self._name = name

    @property
    def name(self):
        return self._name

    @name.setter
    def name(self, name):
        # 可以加上一些限制
        self._name = name

t = Teacher("Miss")
s = Student("Boy")

print(t.get_name())
print(s.name)
t.set_name("Miss Lee")
s.name = "Kevin"

從上述程式碼也可以看出，定義的時候，兩者的程式碼量區別其實不大，但是在呼叫的時候，明顯使用裝飾器更方便些。

4. 類中其它型別的屬性

類中除了普通的屬性，以及上述的私有屬性，還有前後都有雙下劃線的屬性，例如__xxx__，它們是特殊變數，可以被直接訪問，不是私有屬性，所以一般不要起__name__，__score__這樣的屬性名，對於方法也是如此，不光有想__init__()這樣的方法，還有很多前後都有雙下劃線的方法，比如__del__()，它是類的解構函式。在以後的文章中還會介紹許多這種方法。

不光有雙下劃線的屬性，還有單下劃線的比如 _name，前單下劃線，它表示的意思是：雖然能被訪問，但請將其看做私有屬性，不要隨便訪問。

5. 對於多型的補充

子類可以被看成是父類的型別，但父類不能被看成是子類的型別。比如：

# 程式碼：
class Animal:
    pass

class Dog(Animal):
    pass

a = Animal()
d = Dog()

print(isinstance(d, Animal))
print(isinstance(a, Dog))

# 結果：
True
False

也就是說，如果我們定義了這樣一個函式：

def animal_run(animal):
    animal.run()

它接收Animal及其子類的所有物件，只要該類的run()方法正確編寫，Python都能在解釋時正確呼叫相應類的run()方法，即呼叫方只管呼叫animal_run()函式，不用管類的run()方法的細節，不管是現有的類還是新擴充套件出的子類，只要保證run()正確實現了，那麼animal_run()就是正確的。這就是著名的“開閉原則”：對擴充套件開放，對修改封閉。

6. 靜態語言與動態語言

仍以上面的animal_run()函式為例。對於像Java這樣的靜態語言，傳入的引數必須是Animal及其子類，否則就無法呼叫run()方法。而對於像Python這樣的動態語言，傳入的不一定要求是Animal及其子類，只要這個物件有run()方法就行了。這就是動態語言的“鴨子型別”，只要“看起來像鴨子，走起道來像鴨子”，那它就能被看做是鴨子。Python的“file-like object”就是一種“鴨子型別”，對於真正的檔案物件，都有一個read()方法，用於返回檔案內容。但對於其他物件，只要正確實現了read()方法，即使它不是檔案物件，它也能被看做是檔案。

7. 多重繼承與MixIn設計

前一篇文章中的繼承是單繼承，但Python和C++一樣，支援多重繼承；Java只支援單繼承，她通過介面類來實現多重繼承的效果。首先需要搞清楚多重繼承為什麼存在。仍然以Animal類為例，動物裡有哺乳動物，卵生動物，有能飛的動物和不能飛的動物，這是兩種大的分類方式。如果我們要派生出一個能飛的哺乳動物（比如蝙蝠），如果按照單一繼承，可以按如下方式：

也可以先從Animal繼承出Runnable和Flyable兩個類，再繼承出哺乳類和卵生類（相當於將上圖的二三層換了位置），但從這種單繼承可以看出，如果分類增多，類的數量將呈指數級增加。故而一般採用多重繼承的方式：

class Animal:
    pass

class Mammalia(Animal):
    pass

class Flyable:
    def fly(self):
        print("Flying...")

class Bat(Mammalia, Flyable):
    pass

這樣Bat類將具有Mammalia和Flyable兩個父類的所有屬性與方法。一般在Java中，以able為結尾類的都作為介面。

在設計類的繼承的時候，一般主線都是單一繼承的，像上述例子中的從Animal派生出Manmalia，但如果後續的類中要混入一些額外的功能，但這功能又不是這個子類所獨有的，比如上述的Flyable，那麼就可以通過多重繼承，從Manmalia和Runnable派生出Bat類，這就是MinIn設計，Java中採用介面來實現這種設計。

為了更好的看出繼承關係，一般將Runnable和Flyable類的名字改為RunnableMixIn和FlyableMixIn，同時，還可以定義出肉食動物CarnivorousMixIn和植食動物HerbivoresMixIn，讓子類同時擁有好幾個MinIn：

class Dog(Mammalia, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn):
    pass

所以在設計類時，我們應該優先考慮通過多重繼承來組合多個MinIn，而不是直接考慮更多層次的繼承關係。

最後，本篇較多內容是根據廖雪峰老師的部落格再理解而來的，感謝廖雪峰老師！

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