
大家好,我是煜道。
今天我们一起来学习 面向对象编程(下)——继承、多态与高级特性。
引言
继承是面向对象编程的核心特征之一,它允许我们创建类的层次结构,实现代码复用和逻辑扩展。多态则使得不同类的对象可以以统一的方式进行处理,提高了代码的灵活性和可扩展性。
Python作为一门多范式语言,在面向对象方面提供了丰富的支持,包括单继承、多继承、抽象基类以及Mixin模式等高级特性。
本文将深入探讨Python面向对象的高级特性,包括继承的实现、MRO(方法解析顺序)、super()函数的使用、多态的实现、抽象基类以及Mixin模式。通过本文的学习,我们将能够设计复杂的类层次结构,并灵活运用面向对象的高级技巧。

01 继承的基本概念
1.1 什么是继承
继承允许我们创建新类(子类)来继承已有类(父类或基类)的属性和方法:
classAnimal:def__init__(self, name): self.name = namedefspeak(self):passclassDog(Animal):defspeak(self):returnf"{self.name} says Woof!"classCat(Animal):defspeak(self):returnf"{self.name} says Meow!"dog = Dog("Buddy")cat = Cat("Whiskers")print(dog.speak()) # Buddy says Woof!print(cat.speak()) # Whiskers says Meow!

1.2 继承的实现
classPerson:def__init__(self, name, age): self.name = name self.age = agedefintroduce(self):returnf"I'm {self.name}, {self.age} years old"classStudent(Person):def__init__(self, name, age, student_id):# 调用父类构造函数 super().__init__(name, age) self.student_id = student_iddefintroduce(self): base_intro = super().introduce()returnf"{base_intro}, student ID: {self.student_id}"student = Student("Alice", 20, "S12345")print(student.introduce())# I'm Alice, 20 years old, student ID: S12345
1.3 isinstance与issubclass
classAnimal:passclassDog(Animal):passclassCat(Animal):passdog = Dog()# isinstance检查对象是否是某类的实例print(isinstance(dog, Dog)) # Trueprint(isinstance(dog, Animal)) # True(继承关系)# issubclass检查类是否是另一类的子类print(issubclass(Dog, Animal)) # Trueprint(issubclass(Dog, Cat)) # False

02 方法重写与super()
2.1 方法重写
子类可以重写父类的方法:
classShape:defarea(self):return0classRectangle(Shape):def__init__(self, width, height): self.width = width self.height = heightdefarea(self):return self.width * self.heightr = Rectangle(5, 3)print(r.area()) # 15(重写后的方法)
2.2 super()函数
super()用于调用父类的方法:
classParent:def__init__(self): print("Parent __init__") self.value = 100defmethod(self): print("Parent method")classChild(Parent):def__init__(self): super().__init__() # 调用父类__init__ print("Child __init__") self.value = 200# 重写defmethod(self): super().method() # 调用父类方法 print("Child method")child = Child()# 输出:# Parent __init__# Child __init__child.method()# 输出:# Parent method# Child method
2.3 super()的原理
super()实际上返回的是代理对象,它负责按照MRO顺序查找方法:
classA:defprocess(self): print("A process")classB(A):defprocess(self): print("B process") super().process()classC(A):defprocess(self): print("C process") super().process()classD(B, C):defprocess(self): print("D process") super().process()d = D()d.process()# 输出:# D process# B process# C process# A process

03 多重继承与MRO
3.1 多重继承
Python支持一个类继承多个父类:
classFlyable:deffly(self):returnf"{self.name} is flying"classSwimmable:defswim(self):returnf"{self.name} is swimming"classDuck(Flyable, Swimmable):def__init__(self, name): self.name = nameduck = Duck("Donald")print(duck.fly()) # Donald is flyingprint(duck.swim()) # Donald is swimming
3.2 方法解析顺序(MRO)
当存在多重继承时,Python使用C3线性化算法确定方法查找顺序:
classA:defmethod(self): print("A")classB(A):defmethod(self): print("B")classC(A):defmethod(self): print("C")classD(B, C):passd = D()d.method() # 输出B# 查看MROprint(D.mro())# [<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>,# <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>,# <class 'object'>]

3.3 菱形继承问题
# 菱形继承示例classBase:def__init__(self): print("Base __init__")classA(Base):def__init__(self): super().__init__() print("A __init__")classB(Base):def__init__(self): super().__init__() print("B __init__")classC(A, B):def__init__(self): super().__init__() # 只调用一次Base print("C __init__")c = C()# 输出:# Base __init__# B __init__# A __init__# C __init__

04 多态
4.1 什么是多态
多态意味着"多种形式"——不同的类可以以相同的方式响应相同的消息(方法调用)。
classAnimal:defspeak(self):passclassDog(Animal):defspeak(self):return"Woof!"classCat(Animal):defspeak(self):return"Meow!"classCow(Animal):defspeak(self):return"Moo!"# 多态:相同的调用,不同的结果defmake_speak(animal): print(animal.speak())animals = [Dog(), Cat(), Cow()]for animal in animals: make_speak(animal)# Woof!# Meow!# Moo!
4.2 鸭子类型
Python采用"鸭子类型"(Duck Typing):"如果它走起来像鸭子,叫起来像鸭子,那它就是鸭子。"
classDuck:deffly(self):return"Duck flying"classAirplane:deffly(self):return"Airplane flying"# 两者都可以传递给需要"能飞"的函数deftakeoff(obj): print(obj.fly())duck = Duck()plane = Airplane()takeoff(duck) # Duck flyingtakeoff(plane) # Airplane flying

4.3 Protocol与结构子类型
Python 3.8+引入的Protocol实现了结构子类型:
from typing import ProtocolclassFlyable(Protocol):deffly(self) -> str: ...classBird:deffly(self):return"Bird flying"classAirplane:deffly(self):return"Airplane flying"deftakeoff(obj: Flyable): print(obj.fly())# Flyable是Protocol,只要对象有fly方法即可bird = Bird()plane = Airplane()takeoff(bird) # Bird flyingtakeoff(plane) # Airplane flying

05 抽象基类
5.1 抽象基类的定义
抽象基类(ABC)用于定义必须由子类实现的方法接口:
from abc import ABC, abstractmethodclassShape(ABC): @abstractmethoddefarea(self):pass @abstractmethoddefperimeter(self):passclassRectangle(Shape):def__init__(self, width, height): self.width = width self.height = heightdefarea(self):return self.width * self.heightdefperimeter(self):return2 * (self.width + self.height)# r = Shape() # TypeError:不能实例化抽象类r = Rectangle(5, 3)print(r.area()) # 15print(r.perimeter()) # 16
5.2 使用抽象基类的好处
from abc import ABC, abstractmethodclassCacheBase(ABC): @abstractmethoddefget(self, key):pass @abstractmethoddefset(self, key, value):passclassRedisCache(CacheBase):defget(self, key):# 实现Redis获取逻辑passdefset(self, key, value):# 实现Redis设置逻辑pass# 如果忘记实现某个方法,会在创建实例时报错# cache = RedisCache() # TypeError(如果方法未实现)
5.3 预定义抽象基类
from collections.abc import Sized, Iterable, ContainerclassMyList(Sized, Iterable, Container):def__init__(self, data): self.data = datadef__len__(self):return len(self.data)def__iter__(self):return iter(self.data)def__contains__(self, item):return item in self.data# 检查是否实现某接口lst = MyList([1, 2, 3])print(isinstance(lst, Sized)) # Trueprint(isinstance(lst, Iterable)) # True

06 Mixin模式
6.1 什么是Mixin
Mixin是一种代码复用的设计模式,通过多重继承将功能"混入"到类中:
classJsonMixin:defto_json(self):import jsonreturn json.dumps(self.__dict__)classXmlMixin:defto_xml(self):# 简化的XML转换returnf"<{self.__class__.__name__}>{self.__dict__}</{self.__class__.__name__}>"classUser(JsonMixin, XmlMixin):def__init__(self, name, email): self.name = name self.email = emailuser = User("Alice", "alice@example.com")print(user.to_json())print(user.to_xml())
6.2 Mixin的特点

6.3 Mixin的实际应用
classJsonSerializer:defserialize(self):import jsonreturn json.dumps({ k: v for k, v in self.__dict__.items()ifnot k.startswith('_') })classTimestampMixin:def__init__(self, *args, **kwargs): super().__init__(*args, **kwargs) self.created_at = self.updated_at = self._now()def_now(self):from datetime import datetimereturn datetime.now().isoformat()deftouch(self): self.updated_at = self._now()classValidatedMixin:defvalidate(self):# 验证逻辑returnTrueclassUser(JsonSerializer, TimestampMixin, ValidatedMixin):def__init__(self, name, email): self.name = name self.email = email super().__init__()user = User("Alice", "alice@example.com")print(user.serialize())print(user.created_at)

07 组合与继承
7.1 优先使用组合
"组合优于继承"是一条重要的设计原则:
# 继承方式classA:defmethod(self): print("A method")classB(A):defother_method(self): self.method()# 组合方式classA:defmethod(self): print("A method")classB:def__init__(self): self.a = A()defother_method(self): self.a.method()
7.2 何时使用继承
- "是一个"(is-a)关系:Dog is an Animal。
7.3 何时使用组合
- "有一个"(has-a)关系:Car has an Engine。


08 小结
本文深入探讨了Python面向对象的高级特性:
- 继承:单继承与多继承,isinstance和issubclass。
- 方法重写与super():调用父类方法,MRO的作用。
- 抽象基类:ABC,@abstractmethod。
面向对象编程是Python的重要范式,合理运用继承、组合和多态能够构建出灵活、可维护的代码结构。
