类的继承

Thunk_Lee • • Python干货

类的继承

基本概念
  • 面向对象三要素之一，继承Inheritance
  • 举例：
    • 人类和猫类都继承自动物类
    • 个体继承自父母，继承了父母的一部分特征，但也可以有自己的个性
    • 在面向对象的世界中，以父类继承，就可以直接拥有父类的属性和方法，这样可以减少代码、多复用。子类可以定义自己的属性和方法
class Animal:
def shout(self):
print(“Animal shout”)
a = Animal()
a.shout()
class Cat:
def shout(self):
print(“Cat shout”)
c = Cat()
c.shout()
  • 上面的类虽然有关系，但是定义时并没有建立这种关系，而是各自完成了定义，动物类和猫类都有吃，但是他们的吃有区别，所以分别定义
class Animal:
def __init__(self,name):
self.__name = name
def shout(self):
print(“{} shout”.format(self.__class__.__name__))
@property#error cat’t set attrbude此方法只用于只读，如果不加下划线则无法传入name
def name(self):
return self.__name
a = Animal(‘monster’)
a.shout()
class Cat(Animal):
pass
cat = Cat(‘garfeild’)
cat.shout()
print(cat.name)
class Dog(Animal):
pass
dog = Dog(‘labuladuo’)
dog.shout()
print(dog.name)
  • 上例可以看出，通过继承，猫类、狗类不用写代码，直接继承了父类的属性和方法
继承
  • class Cat(Animal)这种形式就是从父类继承，括号中写上继承的类的列表
  • 继承可以让子类从父类获取特征(属性和方法)
    父类
  • Animal就是Cat的父类，也称为基类、超类
    子类
  • Cat就是Animal的子类，也称派生类
定义
  • class 子类名(基类1[,基类2,……])
    • 语句块
  • 如果类定义时，没有基类列表，等同于继承自object。在Python3中，object类是所有对象的根基
  • Python支持多继承，继承也可以多级
  • 查看继承的特殊属性和方法
特殊属性和方法
含义
示例
__base__
类的基类
__bases__
类的基类元祖
__mro__
显示方法查找顺序，基类的元祖
mro()方法
同上
ini.mro()
__subclasses__
类的子类列表
int.__subclasses__()
print(Cat.mro())#Cat为类
print(Cat.__mro__)#两种方法等效
继承的访问控制
# class Animal:
# def shout(self):
# print(“Animal shout”)
# a = Animal()
# a.shout()
#
# class Cat:
# def shout(self):
# print(“Cat shout”)
# c = Cat()
# c.shout()
class Animal:
__COUNT = 0
HEIGHT = 0
def __init__(self,age,weight,height):
self.__COUNT += 1
self.age = age
self.__weight = weight
self.HEIGHT = height
def eat(self):
print(“{} eat”.format(self.__class__.__name__))
def __getweight(self):
print(self.__weight)
@classmethod
def showcount1(cls):
print(cls.__COUNT)
@classmethod
def __showcount2(cls):
print(cls.__COUNT)
class Cat(Animal):
NAME = ‘CAT’
#c = Cat()#init函数参数错误
c = Cat(3,4,15)
print(c.HEIGHT)
#print(c.__COUNT)#私有的不可访问
#c.__showweight()
c.showcount1()
#c.__showcount2()
print(c.NAME)
print(“{}”.format(Animal.__dict__))
print(“{}”.format(Cat.__dict__))
print(c.__dict__)#显示的为实例初始化时传入的参数即init接收的值
print(c.__class__.mro())#先找自己如果没有则找父类
————–
0
CAT
{‘__dict__’: <attribute ‘__dict__’ of ‘Animal’ objects>, ‘HEIGHT’: 0, ‘__weakref__’: <attribute ‘__weakref__’ of ‘Animal’ objects>, ‘__doc__’: None, ‘_Animal__COUNT’: 0, ‘_Animal__showcount2’: <classmethod object at 0x000000A8ADAB89B0>, ‘eat’: <function Animal.eat at 0x000000A8ADAAB8C8>, ‘_Animal__getweight’: <function Animal.__getweight at 0x000000A8ADAAB950>, ‘__module__’: ‘__main__’, ‘__init__’: <function Animal.__init__ at 0x000000A8ADAAB840>, ‘showcount1’: <classmethod object at 0x000000A8ADAB8978>}
{‘__doc__’: None, ‘__module__’: ‘__main__’, ‘NAME’: ‘CAT’}
{‘HEIGHT’: 15, ‘age’: 3, ‘_Animal__COUNT’: 1, ‘_Animal__weight’: 4}
[<class ‘__main__.Cat’>, <class ‘__main__.Animal’>, <class ‘object’>]
  • 父类继承，自己没有的，就可以到父类中找
  • 私有的都是不可以访问的，但是本质上依然是改了名称放到这个属性所在类的__dict__中。知道这个新名称就可以直接找到这个隐藏变量，慎用
总结：
继承时，公有的，子类和实例都可以随意访问；私有成员被隐藏，子类和实例不可以直接访问。只有私有变量所在的类内的方法可以访问这个私有变量
Python通过自己一套实现，实现和其他语言一样的面向对象的继承机制
属性的查找顺序：
实例的__dict__ —>类__dict__ —>父类__dict__
如果搜索这些地方后没有找到就会抛异常
方法的重写、覆盖override
class Animal:
def shout(self):
print(‘Animal shout’)
class Cat(Animal):
def shout(self):
print(‘miao’)
a = Animal()
a.shout()
c = Cat()
c.shout()
print(a.__dict__)
print(c.__dict__)#由于没有传递任何参数，故返回空字典
print(Animal.__dict__)
print(Cat.__dict__)
———-
Animal shout
miao##覆盖了父类的shout方法
{}
{}
{‘__module__’: ‘__main__’, ‘__doc__’: None, ‘__dict__’: <attribute ‘__dict__’ of ‘Animal’ objects>, ‘__weakref__’: <attribute ‘__weakref__’ of ‘Animal’ objects>, ‘shout’: <function Animal.shout at 0x000000BE11C4B730>}
{‘__module__’: ‘__main__’, ‘__doc__’: None, ‘shout’: <function Cat.shout at 0x000000BE11C4B7B8>}
class Animal:
def shout(self):
print(‘Animal shout’)
class Cat(Animal):
def shout(self):#覆盖了父类的方法
print(‘miao’)
def shout(self):#覆盖了自身的方法，显式调用了父类的方法
print(super())
print(super(Cat,self))
super().shout()#super()可调用父类的方法
super(Cat,self).shout()#等价于super()
self.__class__.__base__.shout(self)#不推荐
a = Animal()
a.shout()
c = Cat()
c.shout()
print(a.__dict__)
print(c.__dict__)
print(Animal.__dict__)
print(Cat.__dict__)
———————-
Animal shout
<super: <class ‘Cat’>, <Cat object>>
<super: <class ‘Cat’>, <Cat object>>
Animal shout
Animal shout
Animal shout
{}
{}
{‘__weakref__’: <attribute ‘__weakref__’ of ‘Animal’ objects>, ‘__doc__’: None, ‘__dict__’: <attribute ‘__dict__’ of ‘Animal’ objects>, ‘shout’: <function Animal.shout at 0x000000EA0FDDB730>, ‘__module__’: ‘__main__’}
{‘__doc__’: None, ‘__module__’: ‘__main__’, ‘shout’: <function Cat.shout at 0x000000EA0FDDB840>}
super()可以访问到父类的属性，原理未知
class Animal:
@classmethod
def class_method(cls):
print(‘class_method_anmal’)
@staticmethod
def static_method():
print(‘static_method_animal’)
class Cat(Animal):
@classmethod
def class_method(cls):
print(‘class_method_cat’)
@staticmethod
def static_method():
print(‘static_method_cat’)
c = Cat()
a = Animal()
a.class_method()
a.static_method()
c.class_method()
c.static_method()
  • 方法覆盖，原理一样，属性字典的搜索顺序
继承中的初始化
class A:
def __init__(self,a):
self.a = a
class B(A):
def __init__(self,b,c):
self.b = b
self.c = c
def printv(self):
print(self.b)
print(self.a)#由于此时B的init已经覆盖掉A的init所以a没有赋值
f = B(200,300)
print(f.__dict__)
print(f.__class__)
print(B.__class__.__bases__)
f.printv()
—————————
{‘c’: 300, ‘b’: 200}
(<class ‘object’>,)
200
  • 上列代码可知：
    • 如果类B定义时声明继承自类A,则在类B中的__bases__中是可以看到类A
    • 但是这和是否调用类A的构造方法是两回事
    • 如果B中调用了A的构造方法，就可以拥有父类的属性了
class A:
def __init__(self,a,d=10):
self.a = a
self.__d = d
class B(A):
def __init__(self,b,c):
A.__init__(self,b+c,b-c)
self.b = b
self.c = c
def printv(self):
print(self.b)
print(self.a)
f = B(200,300)
print(f.__dict__)
print(B.__class__.__bases__)
f.printv()
——————–
{‘_A__d’: -100, ‘a’: 500, ‘b’: 200, ‘c’: 300}#可以看到f字典中的键值，d为隐藏属性并且属于A类所以显示这样
(<class ‘object’>,)
200
500
  • 作为好习惯，如果父类定义了init，就应该在子类的init中调用它
  • 如果子类中没有定义init，则自动调用父类init，如下：
class A:
def __init__(self,a,d=10):
self.a = a
self.__d = d
class B(A):
def printv(self):
print(self.a)
f = B(200,300)
print(f.__dict__)
print(B.__class__.__bases__)
f.printv()
—————-
{‘_A__d’: 300, ‘a’: 200}
(<class ‘object’>,)
200
  • 如果子类中有init方法则不会自动调用父类的初始化init，需要手动调用
#此测试可以显示实例化后对象的dict，所有self的属性都会被放到字典中
class A:
def __init__(self):
self.a = “a”
self.__d = “d”
print(‘A init’)
class B(A):
def __init__(self):
self.c = ‘c’
print(‘B init’)
A.__init__(self)
f = B()
print(f.__dict__)
—————————–
B init
A init
{‘c’: ‘c’, ‘a’: ‘a’, ‘_A__d’: ‘d’}
  • 下例中打印10，原因看__dict__就知道了，因为父类Animal中的show方法中__age会被解释成_Animal__age,因此显示的是10，而不是11
class Animal:
def __init__(self,age):
print(‘Animal init’)
self.__age = age
def show(self):
print(self.__age)
class Cat(Animal):
def __init__(self,age,weight):
super().__init__(age)
print(‘Cat init’)
self.__age = age + 1
self.__weight = weight
c = Cat(10,5)
c.show()
print(c.__dict__)
————————
Animal init
Cat init
10
{‘_Animal__age’: 10, ‘_Cat__weight’: 5, ‘_Cat__age’: 11}
解决办法：一个原则，自己的私有属性，就该自己的方法读取和修改，不要借助其他类的方法，即使是父类或者派生类的方法
多继承
  • ocp原则：多继承，少修改
  • 继承的用途：增强基类、实现多态
多态
  • 在面向对象中，父类、子类通过继承联系在一起，如果可以通过一套方法，就可以实现不同表现，就是多态
  • 一个类继承自多个类就是多继承，它将具有多个类的特性
  • 弊端：
    • 多继承很好的模拟了世界，因为事物很少是单一继承，但是舍弃简单，必然引入复杂性，带来了多冲突
    • 如同一个孩子继承了来自父母双方的特征，那么到底眼睛像爸还是像妈？应该像谁多一些
    • 多继承的实现会导致编译器设计的复杂度增加，所以很多语言舍弃了多继承
    • C++支持多继承，Java舍弃了多继承
    • Java中，一个类可以实现多个接口，一个接口也可以继承多个接口。java的接口很纯粹，只是方法的声明，继承者必须实现这些方法，就具有了这些能力，就能干什么。
    • 多继承可能会带来二义性，例如，猫和狗都继承自动物类，现在如果一个类多继承了猫和狗类，猫和狗都有了shout方法，子类究竟继承了谁的shout？
  • 解决方案
    • 实现多继承的语言，要解决二义性，深度优先或者广度优先
Python多继承实现
  • class Classname(基类列表)：
    • 类体
Alt text
  • 多继承带来路径选择问题，究竟继承哪个父亲的特性呢。
  • Python使用MRO(method resolution order)解决基类搜索顺序问题
    • MRO三个搜索算法：
      • 经典算法，按照定义从左到右，深度优先 2.2之前
        • 上左图的MRO：Myclass->D->B->A->C->A
      • 新式类算法，经典算法的升级，重复的只保留最后一个。2.2
        • 上左图MRO：Myclass->D->B->C->A,object
      • C3算法，在类被创建出来的时候，就计算出一个MRO有序列表，2.3之后，Python3唯一支持的算法
        • 上左图MRO：Myclass->D->B->C->A,object
        • C3算法解决了多继承的二义性
          多继承的缺点
    • 当类很多，继承复杂的情况下，继承路径太多，很难说清什么样的继承路径
    • Python语法是允许多继承，但是Python代码是解释执行，只有执行到的时候才发现错误
    • 团队协作开发，如果引入多继承，代码将不可控
    • 不管编程语言是否支持多继承，都应当避免多继承
    • Python的面向对象，我们看到的太灵活，太开放，所以需要团队守规矩
Mixin
Alt text
#为Document子类提供打印能力
class Printable:
def _print(self):
print(self.content)
class Docment:
def __init__(self,content):
self.content = content
class Word(Docment):
pass
class Pdf(Docment):
pass
class PrintableWord(Printable,Word):
pass
print(PrintableWord.__dict__)
print(PrintableWord.mro())#倒数第二个会找到Docment类
pw = PrintableWord(‘test string’)
pw._print()
————————–
{‘__module__’: ‘__main__’, ‘__doc__’: None}
[<class ‘__main__.PrintableWord’>, <class ‘__main__.Printable’>, <class ‘__main__.Word’>, <class ‘__main__.Docment’>, <class ‘object’>]
test string
  • 分析：
    • 看似不错，如果需要还要提供其他能力，如何继承？
    • 应用于网路哦，文档应该具备序列化的能力，泪上就应该实现序列化
    • 可序列化还可能分为使用pickle，json，messagepack等
    • 这时候发现，类可能太多，继承的方式不是很好了
    • 功能太多，A类需要某几样功能，B类需要另几样功能，很繁琐
  • 装饰器
    • 用装饰器增强一个类，把功能给类附加上去，哪个类需要，就装饰它
def printable(cls):
def _print(self):
print(self.content,’装饰器’)
cls.print = _print
return cls
def test(cls):
cls.test = lambda self:print(‘test’,self.content)
return cls
class Docment:
def __init__(self,content):
self.content = content
class Word(Docment):
pass
class Pdf(Docment):
pass
@test
@printable#PrintableWord=printable(PrintableWord)先继承后装饰
class PrintableWord(Word):
pass
print(PrintableWord.__dict__)
print(PrintableWord.mro())
pw = PrintableWord(‘test string’)
pw.print()
pw.test()
———————–
{‘test’: <function test.<locals>.<lambda> at 0x000000EFA476B8C8>, ‘print’: <function printable.<locals>._print at 0x000000EFA476B7B8>, ‘__module__’: ‘__main__’, ‘__doc__’: None}
[<class ‘__main__.PrintableWord’>, <class ‘__main__.Word’>, <class ‘__main__.Docment’>, <class ‘object’>]
test string 装饰器
test test string
  • 使用装饰器装饰类的好处是：简单方便，在需要的地方动态增加
Mixin
class PrintableMixin:
def print(self):
print(self.content,’Mixin’)
def printable(cls):
def _print(self):
print(self.content,’装饰器’)
cls.print = _print
return cls
class Docment():
def __init__(self,content):
self.content = content
class Word(Docment): pass
class Pdf(Docment): pass
class PrintableWord(PrintableMixin,Word): pass#多继承，先左后右
print(PrintableWord.mro())
print(PrintableWord.__dict__)
pw = PrintableWord(‘test hhahha’)
pw.print()
  • Mixin就是其他类混合进来，同时带来了类的属性和方法
  • 这里看来Mixin类和装饰器的效果一样，但是Mixin可以继承
class PrintableMixin:
def print(self):
print(self.content,’Mixin’)
def printable(cls):
def _print(self):
print(self.content,’装饰器’)
cls.print = _print
return cls
class Docment():
def __init__(self,content):
self.content = content
class Word(Docment): pass
class Pdf(Docment): pass
class PrintableWord(PrintableMixin,Word): pass
print(PrintableWord.mro())
print(PrintableWord.__dict__)
pw = PrintableWord(‘test hhahha’)
pw.print()
class SuperPrintableMixin(PrintableMixin):
def print(self):
print(‘~’*20)
super().print()#通过集成服用，类似于装饰器
print(‘~’ * 20)
class SuperPrintablePdf(SuperPrintableMixin,Pdf): pass
print(SuperPrintablePdf.__dict__)
print(SuperPrintablePdf.mro())
spp = SuperPrintablePdf(‘super print pdf’)
spp.print()
——————————–
[<class ‘__main__.PrintableWord’>, <class ‘__main__.PrintableMixin’>, <class ‘__main__.Word’>, <class ‘__main__.Docment’>, <class ‘object’>]
{‘__doc__’: None, ‘__module__’: ‘__main__’}
test hhahha Mixin
{‘__doc__’: None, ‘__module__’: ‘__main__’}
[<class ‘__main__.SuperPrintablePdf’>, <class ‘__main__.SuperPrintableMixin’>, <class ‘__main__.PrintableMixin’>, <class ‘__main__.Pdf’>, <class ‘__main__.Docment’>, <class ‘object’>]
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
super print pdf Mixin
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  • Mixin本质上就是多继承
  • Mixin体现的是一种组合模式
  • 在面向对象的设计中，一个复杂的类，往往需要很多功能，而这些功能有来自不同的类提供这就需要很多的类组合在一起
  • 从设计模式的角度来说，多组合少继承
  • Mixin使用原则
    • Mixin类中不应该出现init初始化方法
    • Mixin类通常不能独立工作，因为它是准备混入别的类中部分功能实现
    • Mixin类的祖先类应是Mixin类
  • 使用时Mixin类通常在继承列表的第一个位置
  • Mixin类和装饰器：
    • 这两种方式都可以使用，看个人选择
    • 如果还需要继承则使用Mixin
练习：
  1. shape基类，要求所有子类都必须提供面积的计算，子类有三角形、矩形、圆。圆类的数据可序列化
import math
import json
import msgpack
class Shape:
@property
def area(self):
raise NotImplemented(‘基类未实现’)
class Triangle(Shape):
def __init__(self,a,b,c):
self.a = a
self.b = b
self.c = c
@property
def area(self):
p = (self.a+self.b+self.c)/2
return math.sqrt(p*(p-self.a)*(p-self.b)*(p-self.c))
class Rectangle(Shape):
def __init__(self,width,height):
self.width = width
self.height = height
@property
def area(self):
return self.width * self.height
class Circle(Shape):
def __init__(self,radius):
self.d = radius * 2
@property
def area(self):
return math.pi * self.d * self.d * 0.25
class SerializableMixin:
def dumps(self,t=json):
if t == “json”:
return json.dumps(self.__dict__)
elif t == “msgpack”:
return msgpack.packb(self.__dict__)
else:
raise NotImplemented(“没有实现的序列化”)
class SerializableCircleMixin(SerializableMixin,Circle):
pass
scm = SerializableCircleMixin(4)
print(scm.area)
s = scm.dumps(‘msgpack’)
print(scm.__dict__)
print(s)
shapes = [Triangle(3,4,5),Rectangle(3,4),Circle(4)]
for s in shapes:
print(‘The area of {} = {}’.format(s.__class__.__name__,s.area))
—————————–
50.26548245743669
{‘d’: 8}#实例化对象的dict，也就是将他进行序列化
b’\x81\xa1d\x08′
The area of Triangle = 6.0
The area of Rectangle = 12
The area of Circle = 50.26548245743669
  1. 面向对象实现LinkedList链表，单向实现append、iternodes，双向列表实现append、insert、remove、iternodes
Alt text
#单向:
class SigleNode:
def __init__(self,val,next=None):
self.val = val
self.next = next
def __repr__(self):
return str(self.val)
def __str__(self):
return str(self.val)
class LinkList:
def __init__(self):
self.lst = []
self.head = None
self.tail = None
def add(self,val):
node = SigleNode(val)
curr = self.tail
if curr is None:
self.head = node
else:
curr.next = node
self.lst.append(node)
self.tail = node
def itemlst(self):
current = self.head
while current:
yield current
current = current.next
ll = SigleNode(5)
node = LinkList()
node.add(ll)
ll = SigleNode(7)
node.add(ll)
for x in node.itemlst():
print(x)

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