Python——继承与派生

Z时代
2024-01-10
分类：综合

python

一、继承介绍

什么是继承

继承是一种创建新类的方式，新建的类可称为子类或派生类，父类又可称为基类或超类,子类会遗传父类的属性

注意：python中支持多继承即一个子类可以继承多个父类

class Parent1(object):
    x=1111
class Parent2(object):
    pass
class Sub1(Parent1): # 单继承
    pass
class Sub2(Parent1,Parent2): # 多继承
    pass
print(Sub1.__bases__)
print(Sub2.__bases__)
print(Sub1.x)
# ps1: 在python2中有经典类与新式类之分
# 新式类：继承了object类的子类，以及该子类的子类的子类。。。
# 经典类：没有继承object类的子类，以及该子类的子类的子类。。。
# ps2:在python3中没有继承任何类，那么会默认继承object类，所以python3中所有的类都是新式类
print(Parent1.__bases__)
print(Parent2.__bases__)
# python的多继承
#     优点：子类可以同时遗传多个父类的属性，最大限度地重用代码
#     缺点：
#         1、违背人的思维习惯：继承表达的是一种什么"是"什么的关系
#         2、代码可读性会变差
#         3、不建议使用多继承，有可能会引发可恶的菱形问题，扩展性变差，
#         如果真的涉及到一个子类不可避免地要重用多个父类的属性，应该使用Mixins

二、继承与抽象

为何要用继承

用来解决类与类之间代码冗余问题

如何实现继承

# 示范1：类与类之间存在冗余问题
class Student:
    school='OLDBOY'
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name=name
        self.age=age
        self.sex=sex
    def choose_course(self):
        print('学生%s 正在选课' %self.name)
class Teacher:
    school='OLDBOY'
    def __init__(self,name,age,sex,salary,level):
        self.name=name
        self.age=age
        self.sex=sex
        self.salary=salary
        self.level=level
    def score(self):
        print('老师 %s 正在给学生打分' %self.name)
# 示范2：基于继承解决类与类之间的冗余问题
class OldboyPeople:
    school = 'OLDBOY'
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
class Student(OldboyPeople):
    def __init__(self,name,age,sex,stu_id):
        OldboyPeople.__init__(self,name,age,sex)
        self.stu_id = stu_id
    def choose_course(self):
        print('学生%s 正在选课' % self.name)
stu_obj = Student('lili', 18, 'female')
print(stu_obj.__dict__)
print(stu_obj.school)
stu_obj.choose_course()
class Teacher(OldboyPeople):
    #           老师的空对象，'egon',18,'male',3000,10
    def __init__(self, name, age, sex, salary, level):
        # 指名道姓地跟父类OldboyPeople去要__init__
        OldboyPeople.__init__(self,name,age, sex)
        self.salary = salary
        self.level = level
    def score(self):
        print('老师 %s 正在给学生打分' % self.name)
tea_obj=Teacher('egon',18,'male',3000,10)
print(tea_obj.__dict__)
print(tea_obj.school)
tea_obj.score()

抽象

基于抽象的结果，我们就找到了继承关系

基于上图我们可以看出类与类之间的继承指的是什么’是’什么的关系

上述代代码中Student类与Teacher类都存在着重复的代码，student与teacher都是人类，所以得出继承关系

class OldboyPeople:
    school = 'OLDBOY'
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
class Student(OldboyPeople):
    def __init__(self,name,age,sex,stu_id):
        OldboyPeople.__init__(self,name,age,sex)
        self.stu_id = stu_id
    def choose_course(self):
        print('学生%s 正在选课' % self.name)
class Teacher(OldboyPeople):
    #           老师的空对象，'egon',18,'male',3000,10
    def __init__(self, name, age, sex, salary, level):
        # 指名道姓地跟父类OldboyPeople去要__init__
        OldboyPeople.__init__(self,name,age, sex)
        self.salary = salary
        self.level = level
    def score(self):
        print('老师 %s 正在给学生打分' % self.name)

三、属性查找

属性查找的顺序

有了继承关系，对象在查找属性时，先从对象自己的__dict__中找，如果没有则去子类中找，然后再去父类中找……

class Foo:
    def f1(self):
        print('Foo.f1')
    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        self.f1() # obj.f1()
class Bar(Foo):
    def f1(self):
        print('Bar.f1')
obj=Bar()
obj.f2()
# Foo.f2
# Bar.f1
'''
obj.f2()会在父类Foo中找到f2，先打印Foo.f2,然后执行到self.f1(),即obj.f1()，
仍会按照：对象本身->类Bar->父类Foo的顺序依次找下去，在类Bar中找到f1，因而打印结果为Bar.f1
'''

父类如果不想让子类覆盖自己的方法，可以采用双下划线开头的方式将方法设置为私有的

>>> class Foo:
...     def __f1(self): # 变形为_Foo__fa
...         print('Foo.f1') 
...     def f2(self):
...         print('Foo.f2')
...         self.__f1() # 变形为self._Foo__fa,因而只会调用自己所在的类中的方法
... 
>>> class Bar(Foo):
...     def __f1(self): # 变形为_Bar__f1
...         print('Bar.f1')
... 
>>> 
>>> obj=Bar()
>>> obj.f2() #在父类中找到f2方法，进而调用obj._Foo__f1()方法，同样是在父类中找到该方法
Foo.f2
Foo.f1

四、继承的实现原理

4.1 菱形问题

因为python中支持多继承，一个子类是可以同时继承多个父类的，这固然可以带来一个子类可以对多个不同父类加以重用的好处，但是这也带来了菱形问题(或称钻石问题，有时候也被称为“死亡钻石”)

这种继承结构下导致的问题称之为菱形问题：如果A中有一个方法，B和/或C都重写了该方法，而D没有重写它，那么D继承的是哪个版本的方法：B的还是C的？如下所示

class A(object):
    def test(self):
        print('from A')
class B(A):
    def test(self):
        print('from B')
class C(A):
    def test(self):
        print('from C')
class D(B,C):
    pass
obj = D()
obj.test() # 结果为：from B
# 要想搞明白obj.test()是如何找到方法test的，需要了解python的继承实现原理

4.2 继承原理

针对python到底是如何实现继承的，每当我们定义一个类，python就会计算出一个方法解析顺序列表即MRO列表我们可以使用mro()这个内置方法查看MRO列表的内容

print(D.mro())
[<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]
# 合并父类MRO列表遵循的三个准则
'''
1.子类会先于父类被检查
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
3.如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类
'''
# 1.由对象发起的属性查找，会从对象自身的属性里检索，没有则会按照对象的类.mro()规定的顺序依次找下去，
# 2.由类发起的属性查找，会按照当前类.mro()规定的顺序依次找下去，

4.3 深度优先和广度优先

非菱形结构

class E:
    def test(self):
        print('from E')
class F:
    def test(self):
        print('from F')
class B(E):
    def test(self):
        print('from B')
class C(F):
    def test(self):
        print('from C')
class D:
    def test(self):
        print('from D')
class A(B, C, D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass
print(A.mro())
'''
[<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.F'>, <class '__main__.D'>, <class 'object'>]
'''
obj = A()
obj.test() # 结果为：from B
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证

菱形结构,经典类与新式类会有不同MRO,分别对应属性的两种查找方式

经典类：深度优先

class G: # 在python2中，未继承object的类及其子类，都是经典类
    def test(self):
        print('from G')
class E(G):
    def test(self):
        print('from E')
class F(G):
    def test(self):
        print('from F')
class B(E):
    def test(self):
        print('from B')
class C(F):
    def test(self):
        print('from C')
class D(G):
    def test(self):
        print('from D')
class A(B,C,D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass
obj = A()
obj.test() # 如上图，查找顺序为:obj->A->B->E->G->C->F->D->object
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证,注意请在python2.x中进行测试

新式类：广度优先

class G(object):
    def test(self):
        print('from G')
class E(G):
    def test(self):
        print('from E')
class F(G):
    def test(self):
        print('from F')
class B(E):
    def test(self):
        print('from B')
class C(F):
    def test(self):
        print('from C')
class D(G):
    def test(self):
        print('from D')
class A(B,C,D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass
obj = A()
obj.test() # 如上图，查找顺序为:obj->A->B->E->C->F->D->G->object
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证

4.4 python Mixins机制

用来解决多继承所带来的问题的，将原本的混乱的继承清晰的变成’is-a‘的关系

# 民航飞机、直升飞机、汽车都是交通工具，但是飞机会飞，汽车不会，
# 这个时候我们将飞这个功能放到交通工具中就显得不合适
class Vehicle:  # 交通工具
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")
class CivilAircraft(Vehicle):  # 民航飞机
    pass
class Helicopter(Vehicle):  # 直升飞机
    pass
class Car(Vehicle):  # 汽车并不会飞，但按照上述继承关系，汽车也能飞了
    pass
# 针对上面的问题，就引入Mixin机制
# Mixin机制指的就是子类混合不同类的功能，然后将其用统一的命名规范来标识该类只是用来混合功能的
# 从而来遵守多继承下的“is-a”关系，Mixin机制本质仍是多继承
class Vehicle:  # 交通工具
	pass
class FlyMixin:
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")
class CivilAircraft(FlyMixin,Vehicle):  # 民航飞机
    pass
class Helicopter(FlyMixin,Vehicle):  # 直升飞机
    pass
class Car(Vehicle):  # 汽车并不会飞，但按照上述继承关系，汽车也能飞了
    pass
'''
使用Mixin类实现多重继承要非常小心
1、它必须表示某一种功能，而非物品，python 对于mixin类的命名方式一般以 Mixin, able, ible 为后缀
2、它必须责任单一，如果有多个功能，那就写多个Mixin类，一个类可以继承多个Mixin，为了保证遵循继承
   的“is-a”原则，只能继承一个标识其归属含义的父类
3、然后，它不依赖于子类的实现
4、最后，子类即便没有继承这个Mixin类，也照样可以工作，就是缺少了某个功能。
  （比如飞机照样可以载客，就是不能飞了）
'''

五、派生与方法重用

5.1 什么是派生

子类中衍生出的新东西

1、子类独有，父类没有

2、子类有、父类也有，子类是完全覆盖父类的

3、子类有、父类也有，子类是在父类的基础上进行拓展

>>> class People:
...     school='清华大学'
...     
...     def __init__(self,name,sex,age):
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
... 
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title): # 派生
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)

想在子类派生出的方法内重用父类的功能，有两种实现方式

# 方法一：“指名道姓”地调用某一个类的函数=》不依赖于继承
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         People.__init__(self,name,age,sex) #调用的是函数,因而需要传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
# 方法二：super()调用父类提供给自己的方法=》严格依赖继承关系
# 调用super()会得到一个特殊的对象，该对象会按照发起属性查找的类的mro去当前类的父类中找属性
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         super().__init__(name,age,sex) #调用的是绑定方法，自动传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
>>> #A没有继承B
... class A:
...     def test(self):
...         super().test()
... 
>>> class B:
...     def test(self):
...         print('from B')
... 
>>> class C(A,B):
...     pass
... 
>>> C.mro() # 在代码层面A并不是B的子类，但从MRO列表来看，属性查找时，就是按照顺序C->A->B->object，B就相当于A的“父类”
[<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>,<class ‘object'>]
>>> obj=C()
>>> obj.test() # 属性查找的发起者是类C的对象obj，所以中途发生的属性查找都是参照C.mro()
from B

六、组合

什么是组合

在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。

# 组合与继承都是用来解决代码的重用性问题。
# 二者的区别在于
'''
继承：强调‘是’的关系，例如老师是人、学生是人，当类之间有很多相同的之处，应该使用继承
组合：强调‘有’的关系，例如老师有多门课程，老师有给学生打分，当类之间有显著不同，并且较小的类是较大的类所需
要的组件时，应该使用组合
'''
class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))
class Date:
    def __init__(self,year,mon,day):
        self.year=year
        self.mon=mon
        self.day=day
    def tell_birth(self):
       print('<%s-%s-%s>' %(self.year,self.mon,self.day))
class People:
    school='清华大学'
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
#Teacher类基于继承来重用People的代码，基于组合来重用Date类和Course类的代码
class Teacher(People): #老师是人
    def __init__(self,name,sex,age,title,year,mon,day):
        super().__init__(name,age,sex)
        self.birth=Date(year,mon,day) #老师有生日
        self.courses=[] #老师有课程，可以在实例化后，往该列表中添加Course类的对象
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)
python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('linux','5mons',5000.0)
teacher1=Teacher('lili','female',28,'博士生导师',1990,3,23)
# teacher1有两门课程
teacher1.courses.append(python)
teacher1.courses.append(linux)
# 重用Date类的功能
teacher1.birth.tell_birth()
# 重用Course类的功能
for obj in teacher1.courses: 
    obj.tell_info()

以上是 Python——继承与派生的全部内容，来源链接： utcz.com/z/386802.html